T.C. İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ

T.C. İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ UYARIYA DUYARLI BİYOPOLİMER JELLERİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VE İLAÇ SALIMINDA KULLANIMLARININ İNCELENMESİ Zehra ÖZBAŞ Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Kimyasal Teknolojiler Programı Danışman Prof. Dr. Gülten GÜRDAĞ Mart,2014 İSTANBUL

Bu çalışma İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yürütücü Sekreterliğinin 11970 numaralı projesi ile desteklenmiştir.

ÖNSÖZ Doktora eğitimim süresince bilgi ve deneyimleri ile bana destek olan tez danışmanım Sayın Prof. Dr. Gülten GÜRDAĞ a en içten dileklerimle teşekkür ederim. Tez izleme komitemde bulunan hocalarım Prof. Dr. Hasine KAŞGÖZ ve Prof. Dr. Oğuz OKAY a yardım ve desteklerinden dolayı teşekkürlerimi sunarım. Başta Kimyasal Teknolojiler Ana Bilim Dalı Başkanı Prof. Dr. Ahmet KAŞGÖZ olmak üzere tüm öğretim üyesi hocalarıma ve doktora eğitimim boyunca yanımda olan ve manevi desteklerinin yanında çalışmalarım sırasında yardımlarını da esirgemeyen sevgili arkadaşlarım Gamze ÇETİN, Nazlı SÖKMEN BEDEL, Seda BEKİN, Shokat SARMAD, Dariush NİKJOO, Gökçen YENİCİ, Emine ESEN ve Canan Püren ŞAHİN e teşekkürlerimi sunarım. DSC ve TGA analizlerindeki yardımlarından dolayı Sayın Yard. Doç. Dr. Serkan EMİK ve Ayça BAL a teşekkürlerimi sunarım. Tüm hayatım boyunca maddi ve manevi yardımlarıyla en büyük destekçim olan sevgili aileme sonsuz sabır, hoşgörü ve desteklerinden dolayı teşekkürü bir borç bilirim. Mart, 2014 Zehra ÖZBAŞ i

İÇİNDEKİLER ii Sayfa No ÖNSÖZ... i İÇİNDEKİLER... ii ŞEKİL LİSTESİ... v TABLO LİSTESİ... x SİMGE VE KISALTMA LİSTESİ... xii ÖZET... xiii SUMMARY... xv 1. GİRİŞ... 1 2. GENEL KISIMLAR... 3 2.1.HİDROJELLER... 3 2.1.1.Hidrojellerin Sınıflandırılması... 4 2.1.2.Hidrojellerin Sentezi... 6 2.1.3.Hidrojellerde Suyun Konumu... 8 2.1.4. Hidrojellerin Şişmesi... 8 2.1.4.1.Nötral Hidrojellerin Şişmesi... 9 2.1.4.2.İyonik Hidrojellerin Şişmesi... 10 2.1.5.Hidrojellerin Şişme Kinetikleri... 11 2.2.AKILLI HİDROJELLER... 13 2.2.1.Sıcaklığa Duyarlı Hidrojeller... 14 2.2.2.pH a Duyarlı Hidrojeller... 15 2.3.HİDROJELLERİN KULLANIM ALANLARI... 18 2.4.HİDROJELLERDE ELASTİK MODÜL... 20 2.5.İÇ İÇE GEÇMİŞ POLİMER AĞ YAPISI (INTERPENETRATING POLYMER NETWORK, IPN)... 22 2.5.1.Karakterizasyon Metodları... 24 2.5.2.Morfolojik Karakteristikleri... 25 2.6.KONTROLLÜ İLAÇ SALIM SİSTEMLERİ... 25 2.6.1.Kontrollü Salım Sistemlerinin Avantaj ve Dezavantajları... 28 2.6.2.Kontrollü İlaç Salımı Yapan Polimerik Sistemlerin Sınıflandırılması... 30

2.6.2.1.Diffüzyon Kontrollü Sistemler... 31 2.6.2.2.Kimyasal Kontrollü Sistemler... 33 2.6.2.3.Çözücünün Harekete Geçirdiği Sistemler... 35 2.6.2.4.Modüle Edilmiş Sistemler... 37 2.7. ÇALIŞMADAKİ YARI-IPN JELLERİN HAZIRLANMASINDA KULLANILAN BİYOPOLİMER VE MONOMERLERİN ÖZELLİKLERİ... 37 2.7.1.Kitosan (CS)... 37 2.7.1.1. Kitosanın Üretim Yöntemleri... 39 2.7.1.2. Kitosanı Karakterize Eden Bazı Özellikler... 40 2.7.1.3. Kitosanın Kimyasal ve Biyolojik Özellikleri... 42 2.7.1.4. Kitin, Kitosan ve Türevlerinin Uygulama Alanları... 43 2.7.1.5. Kitosan Hidrojellerinin Sınıflandırılması... 44 2.7.1.6. ph a Duyarlı Şişme... 50 2.7.1.7. Kitosanın Çapraz Bağlanması... 51 2.7.2. Akrilamid ve N-hidroksi akrilamid... 52 2.8.KİTOSAN VE TÜREVLERİNDEN ELDE EDİLEN HİDROJELLERİN HAZIRLANMASI VE İLAÇ SALIMINDA KULLANIMLARI İLE İLGİLİ LİTERATÜR ÇALIŞMALARI... 54 3. MALZEME VE YÖNTEM... 74 3.1. KULLANILAN KİMYASALLAR... 74 3.2. KULLANILAN CİHAZLAR... 74 3.3. KULLANILAN YÖNTEMLER... 75 3.3.1. Kitosanın Viskozite Ortalama Molekül Ağırlığının Belirlenmesi... 75 3.3.2. Kitosanın Deasetilasyon Derecesinin Tayini... 77 3.3.2.1. Elemental Analiz Yöntemi... 77 3.3.2.2. FTIR Yöntemi... 77 3.3.2.3. Potansiyometrik Titrasyon Yöntemi... 77 3.3.2.4. İndikatör ile Asit-Baz Titrasyonu Yöntemi... 78 3.3.3. Çapraz Bağlı Kitosan Jellerinin Hazırlanışı... 79 3.3.4. Reaksiyona Girmeyen Kitosan Miktarı Tayini... 80 3.3.5. İlaç Yüklenmiş ve Yüklenmemiş Yarı-IPN Jellerin Hazırlanışı... 80 3.3.6. Hammadde ve Ürünlerin Fourier Transform İnfrared Spektroskopisi (FTIR) ile Analizi... 82 3.3.7. Hammadde ve Ürünlerin X-Işını Kırınım (XRD) Analizi... 83 3.3.8. Hammadde ve Ürünlerin Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) ile Termal Analizi... 83 iii

3.3.9. Ürünlerin Destile Su ve Farklı ph lardaki Şişme Değerlerinin Belirlenmesi... 83 3.3.10. Şişme Kinetiğinin Belirlenmesi... 84 3.3.11. İlaç Yükleme ve Salım Özelliklerinin İncelenmesi... 85 3.3.12. Gerilim-Gerinim Ölçüm Yöntemi... 86 4. BULGULAR... 88 4.1. KİTOSANIN VİSKOZİTE ORTALAMA MOLEKÜL AĞIRLIĞININ BELİRLENMESİ... 88 4.2. KİTOSANIN DEASETİLASYON DERECESİNİN TAYİNİ... 89 4.2.1. Elemental Analiz Yöntemi... 89 4.2.2. FTIR Yöntemi... 89 4.2.3. Potansiyometrik Titrasyon Yöntemi... 89 4.2.4. İndikatör ile Asit-Baz Titrasyonu Yöntemi... 90 4.3. ÇAPRAZ BAĞLI KİTOSAN JELLERİNE AİT GÖRÜNTÜLER... 91 4.4. REAKSİYONA GİRMEYEN KİTOSAN MİKTARI... 91 4.5. İLAÇ YÜKLÜ JELLERİN GÖRÜNTÜLERİ... 92 4.6. FOURİER TRANSFORM İNFRARED SPEKTROSKOPİSİ (FTIR) ANALİZLERİ... 93 4.7. HAMMADDE VE ÜRÜNLERİN X-IŞINI KIRINIM (XRD) ANALİZİ... 105 4.8. HAMMADDE VE ÜRÜNLERİN DİFERANSİYEL TARAMALI KALORİMETRE (DSC) VE TGA/DTG İLE TERMAL ANALİZİ... 116 4.9. ÜRÜNLERİN DESTİLE SU VE TAMPON ÇÖZELTİLERDEKİ ŞİŞME DEĞERLERİNİN BELİRLENMESİ... 127 4.10. ŞİŞME KİNETİĞİ MEKANİZMASININ BELİRLENMESİ... 140 4.11. İLAÇ YÜKLEME VE SALIM ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ... 144 4.12. GERİLİM-GERİNİM ÖLÇÜM YÖNTEMİ... 154 5. TARTIŞMA VE SONUÇ... 174 KAYNAKLAR... 179 ÖZGEÇMİŞ... 198 iv

ŞEKİL LİSTESİ Sayfa No Şekil 2.1: Hidrojellerde dört temel moleküler etkileşim.... 4 Şekil 2.2: Hidrojellerin sınıflandırılması.... 4 Şekil 2.3: Serbest radikal polimerizasyonu ile oluşan çapraz bağlı hidrojeller.... 7 Şekil 2.4: Bir hidrojelde su diffüzyonunun şematik gösterimi.... 13 Şekil 2.5: Hidrojellerin uyarı çeşitleri.... 14 Şekil 2.6: Sıcaklığa duyarlı bazı polimerler; poli(n-izopropil akrilamid) (a), poli(n,n-dietil akrilamid) (b) ve poli(n-izopropil akrilamid-ko-butil metakrilat) (c).... 14 Şekil 2.7: Polielektrolit hidrojellerin ph'a bağlı iyonizasyonu (üstte PAA, altta PDEAEM'in iyonizasyonu gösterilmiştir).... 16 Şekil 2.8: ph a duyarlı (a) anyonik, (b) katyonik hidrojellerin şişmesi.... 17 Şekil 2.9: İyonik hidrojellerin ph a bağlı şişme davranışı.... 17 Şekil 2.10: Gerilme-gerinim ölçme cihazı.... 21 Şekil 2.11: Ardarda gerçekleştirilen IPN yapıya ait sentez şeması.... 23 Şekil 2.12: Eş zamanlı gerçekleştirilen IPN yapıya ait sentez şeması.... 23 Şekil 2.13: Tam-IPN ve yarı-ipn yapının şematik gösterimi.... 24 Şekil 2.14: Geleneksel ve kontrollü salım sistemlerinin salım profilleri.... 27 Şekil 2.15: Polimer matristen kontrollü ilaç salımı sağlanan mekanizmaların şematik gösterimi.... 31 Şekil 2.16: Diffüzyon kontrollü membran sistemlerin şematik görünümü.... 32 Şekil 2.17: Difüzyon kontrollü matriks sistemlerin şematik görünümü.... 33 Şekil 2.18: Vücutta aşınan sistemlerden ilaç salımı.... 34 Şekil 2.19: Zincire takılı sistemlerden ilaç salımı.... 34 Şekil 2.20: Şişme kontrollü salım sistemlerinden ilaç salımı, D: ilaç molekülü.... 36 Şekil 2.21: Ozmotik kontrollü salım sistemlerinden ilaç salımı.... 37 v

Şekil 2.22: Kitosanın kimyasal yapısı.... 38 Şekil 2.23: Asetik asitte çözünmüş kitosanın açık formülü.... 39 Şekil 2.24: Kitosan hidrojellerinin yapısı.... 45 Şekil 2.25: Çapraz bağlı kitosan içeren bir yarı-ipn için ph a duyarlı şişme.... 47 Şekil 2.26: Glutaraldehit ile çapraz bağlanmış kitosanın yapısı (Kotadiya ve diğ., 2009).... 52 Şekil 2.27: NMBA ile çapraz bağlanmış poliakrilamid... 54 Şekil 3.1: 5-Fluorouracil in kimyasal formülü.... 85 Şekil 4.1: CS çözeltisinin η red ve η inh değerlerinin konsantrasyon ile değişimi.... 88 Şekil 4.2: Toz CS'ın FTIR spektrumu [dalga sayısı(cm -1 )-absorbans(a)].... 89 Şekil 4.3: CS ın HCl deki çözeltisinin NaOH ile potansiyometrik titrasyonunda ph ın NaOH sarfiyatı ile değişimi.... 90 Şekil 4.4: GA ile çapraz bağlanmış ve 5-FU içeren CS jellerinin (CS:GA:F+) görüntüleri.... 91 Şekil 4.5: CS çözeltilerine ait kalibrasyon eğrisi.... 92 Şekil 4.6: 5-FU yüklenmiş CS içermeyen jellerin (CS0:F+) görüntüleri.... 92 Şekil 4.7: 5-FU yüklenmiş CS1 jellerin (CS1:F+) görüntüleri.... 93 Şekil 4.8: 5-FU yüklenmiş CS2 jellerin (CS2:F+) görüntüleri.... 93 Şekil 4.9: Toz CS ve kitosonyum asetata ait FTIR spektrumları.... 94 Şekil 4.10: CS:GA:F- jellerine ait FTIR spektrumları... 96 Şekil 4.11: 5-FU ya ait FTIR spektrumu.... 97 Şekil 4.12: CS:GA:F+ jellerine ait FTIR spektrumları.... 98 Şekil 4.13: CS:GA:F+ jellerine ait görüntüler.... 98 Şekil 4.14: CS0:F- jellerinin FTIR spektrumları.... 99 Şekil 4.15: CS0:F+ jellerinin FTIR spektrumları.... 101 Şekil 4.16: CS1:F- jellerinin FTIR spektrumları.... 102 Şekil 4.17: CS1:F+ jellerinin FTIR spektrumları.... 103 Şekil 4.18: CS2:F- jellerinin FTIR spektrumları.... 104 Şekil 4.19: CS2:F+ jellerinin FTIR spektrumları.... 104 Şekil 4.20: Toz CS ve kitosonyum asetatın X-ışını kırınım deseni.... 106 vi

Şekil 4.21: 5-FU nun X-ışını kırınım deseni.... 107 Şekil 4.22: Kitosonyum asetat ve CS:GA:F- jellerine ait X-ışını kırınım deseni.... 108 Şekil 4.23: 5-FU ve CS1:GA jellerine ait X-ışını kırınım deseni.... 109 Şekil 4.24: 5-FU ve CS2:GA jellerine ait X-ışını kırınım deseni.... 109 Şekil 4.25: 5-FU ve CS:GA:F+ jellerine ait X-ışını kırınım deseni.... 110 Şekil 4.26: CS0:F- jellerinin X-ışını kırınım desenleri.... 111 Şekil 4.27: CS0:F+ jellerinin X-ışını kırınım desenleri.... 111 Şekil 4.28: CS1:F- jellerinin X-ışını kırınım desenleri.... 113 Şekil 4.29: CS1:F+ jellerinin X-ışını kırınım desenleri.... 113 Şekil 4.30: CS2:F- jellerinin X-ışını kırınım desenleri.... 115 Şekil 4.31: CS2:F+ jellerinin X-ışını kırınım desenleri.... 115 Şekil 4.32: Toz CS, kitosonyum asetat ile ilaç yüklenmiş ve yüklenmemiş CS:GA jellerinin DSC eğrileri.... 117 Şekil 4.33: 5-FU ya ait DSC eğrisi.... 118 Şekil 4.34: Toz CS ile CS2:GA:F- ve CS2:GA:F+ jellerine ait TGA (A) ve DTG (B) eğrileri.119 Şekil 4.35: CS0:F- jellerinin DSC eğrileri.... 120 Şekil 4.36: CS0:F+ jellerinin DSC eğrileri.... 120 Şekil 4.37: A100:F+, A50:H50:F+ ve H100:F+ jellerine ait TGA (A) ve DTG (B) eğrileri.... 121 Şekil 4.38: CS1:F- jellerinin DSC eğrileri.... 122 Şekil 4.39: CS1:F+ jellerinin DSC eğrileri.... 122 Şekil 4.40: CS1:A100:F+, CS1:A50:H50:F+ ve CS1:H100:F+ jellerine ait TGA (A) ve DTG (B) eğrileri.... 124 Şekil 4.41: CS2:F- jellerinin DSC eğrileri.... 125 Şekil 4.42: CS2:F+ jellerinin DSC eğrileri.... 125 Şekil 4.43: CS2:A100:F+, CS2:A50:H50:F+ ve CS2:H100:F+ jellerine ait TGA (A) ve DTG (B) eğrileri.... 126 Şekil 4.44: A50:H50:F-, CS1:A50:H50:F- ve CS2:A50:H50:F- jellerine ait TGA (A) ve DTG (B) eğrileri.... 127 Şekil 4.45: CS:GA:F+ jellerinin destile su ve farklı ph lardaki tampon çözeltilerdeki şişme denge değerleri... 129 vii

Şekil 4.46: CS0:F+ jellerinin destile sudaki şişme değerlerinin zamanla değişimi.... 130 Şekil 4.47: CS1:F+ jellerinin destile sudaki şişme değerlerinin zamanla değişimi.... 131 Şekil 4.48: CS2:F+ jellerinin destile sudaki şişme değerlerinin zamanla değişimi.... 132 Şekil 4.49: CS içeren ve içermeyen tüm jellerin destile sudaki şişme denge değerlerinin karşılaştırılması.... 132 Şekil 4.50: CS0:F+ ph=2.1 deki şişme değerlerinin zamanla değişimi.... 133 Şekil 4.51: CS1:F+ jellerinin ph=2.1 deki şişme değerlerinin zamanla değişimi.... 134 Şekil 4.52: CS2:F+ jellerinin ph=2.1 deki şişme değerlerinin zamanla değişimi.... 134 Şekil 4.53: CS içeren ve içermeyen tüm jellerin ph=2.1 deki şişme denge değerleri.... 135 Şekil 4.54: CS0:F+ jellerinin ph=7.4 deki şişme değerlerinin zamanla değişimi.... 136 Şekil 4.55: CS1:F+ jellerinin ph=7.4 deki şişme değerlerinin zamanla değişimi.... 136 Şekil 4.56: CS2:F+ jellerinin ph=7.4 deki şişme değerlerinin zamanla değişimi.... 137 Şekil 4.57: CS içeren ve içermeyen tüm jellerin ph=7.4 deki şişme denge değerleri.... 138 Şekil 4.58: 5-FU a ait destile sudaki kalibrasyon eğrisi.... 145 Şekil 4.59: 5-FU a ait ph=2.1 deki kalibrasyon eğrisi... 145 Şekil 4.60: 5-FU a ait ph=7.4 deki kalibrasyon eğrisi... 146 Şekil 4.61: CS:GA:F+ jellerinin ph=2.1 deki zamana bağlı % salım grafiği.... 149 Şekil 4.62: CS0:F+ jellerinin ph=2.1 deki ilaç salımının zamanla değişimi.... 150 Şekil 4.63: CS1:F+ jellerinin ph=2.1 deki ilaç salımının zamanla değişimi.... 150 Şekil 4.64: CS2:F+ jellerinin ph=2.1 deki ilaç salımının zamanla değişimi.... 151 Şekil 4.65: CS:GA:F+ jellerinin ph=7.4 deki ilaç salımının zamanla değişimi.... 152 Şekil 4.66: CS0:F+ jellerinin ph=7.4 de 5-FU salımının zamanla değişimi.... 153 Şekil 4.67: CS1:F+ jellerinin ph=7.4 de 5-FU salımının zamanla değişimi.... 153 Şekil 4.68: CS2:F+ jellerinin ph=7.4 de 5-FU salımının zamanla değişimi.... 154 Şekil 4.69: A100:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 155 Şekil 4.70: A75:H25:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 156 Şekil 4.71: A50:H50:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 157 Şekil 4.72: A25:H75:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 158 viii

Şekil 4.73: H100:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 159 Şekil 4.74: CS1:A100:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 160 Şekil 4.75: CS1:A75:H25:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 161 Şekil 4.76: CS1:A50:H5F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi... 162 Şekil 4.77: CS1:A25:H75:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 163 Şekil 4.78: CS1:H100:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 164 Şekil 4.79: CS2:A100:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 165 Şekil 4.80: CS2:A75:H25:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 166 Şekil 4.81: CS2:A50:H50:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 167 Şekil 4.82: CS2:A25:H75:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 168 Şekil 4.83: CS2:H100:F+ jeline ait gerilim-gerinim eğrisi.... 169 Şekil 4.84: İlaç yüklü jellerin elastik modül değerleri.... 171 Şekil 4.85: CS0:F+ jellerinin gerilim-gerinim eğrileri.... 172 Şekil 4.86: CS1:F+ jellerinin gerilim-gerinim eğrileri.... 172 Şekil 4.87: CS2:F+ jellerinin gerilim-gerinim eğrileri.... 173 ix

TABLO LİSTESİ Sayfa No Tablo 2.1: Hidrojellerin sentezinde kullanılan bazı doğal polimerler ve sentetik monomerler.... 6 Tablo 2.2: ph a duyarlı hidrojellerin hazırlanmasında kullanılan başlıca monomerler.... 16 Tablo 2.3: Jellerin teknolojik uygulamaları.... 18 Tablo 2.4: Kitosanın kimyasal ve biyolojik özellikleri.... 43 Tablo 2.5: Kitin, kitosan ve türevlerinin uygulama alanları.... 44 Tablo 3.1: Farklı yüzdelerde CS içeren çözeltiler için çapraz bağlamada kullanılan besleme bileşimleri ve polimer kodları.... 79 Tablo 3.2: Hidrojellerin hazırlanmasında kullanılan besleme bileşimleri ve polimer kodları.... 82 Tablo 3.3: Tampon çözeltilerin hazırlanmasında kullanılan kimyasal maddeler.... 84 Tablo 4.1: Farklı konsantrasyondaki CS çözeltilerinin 30 o C daki akma süresi ve viskozite değerleri.... 88 Tablo 4.2: Farklı yöntemler kullanılarak hesaplanan deasetilasyon derecelerinin karşılaştırılması.... 90 Tablo 4.3: Toz CS, kitosonyum asetat ve 5-FU ile ilaç yüklenmiş ve yüklenmemiş CS:GA jellerinin karakteristik FTIR bantlarına ait dalga sayıları ve ilgili gruplar.... 99 Tablo 4.4: İlaç yüklenmiş ve yüklenmemiş CS0 jellerinin karakteristik FTIR bantlarına ait dalga sayıları ve ilgili gruplar.... 101 Tablo 4.5: İlaç yüklenmiş ve yüklenmemiş CS1 jellerinin karakteristik FTIR bantlarına ait dalga sayıları ve ilgili gruplar.... 103 Tablo 4.6: İlaç yüklenmiş ve yüklenmemiş CS2 jellerinin karakteristik FTIR bantlarına ait dalga sayıları ve ilgili gruplar.... 105 Tablo 4.7: 5-FU nun X-ışını kırınım deseni pik değerleri.... 107 Tablo 4.8: Kitosonyum asetat ile ilaç yüklenmiş ve yüklenmemiş CS:GA jellerinin X-ışını kırınım deseni pik değerleri.... 110 Tablo 4.9: İlaç yüklenmiş ve yüklenmemiş CS0 jellerinin X-ışını kırınım deseni pik değerleri.... 112 Tablo 4.10: İlaç yüklenmiş ve yüklenmemiş CS1 jellerinin X-ışını kırınım deseni pik değerleri.... 114 x

Tablo 4.11: İlaç yüklenmiş ve yüklenmemiş CS2 jellerinin X-ışını kırınım deseni pik değerleri.... 116 Tablo 4.12: İlaç yüklenmiş jellerin destile su ve tampon çözeltiler (ph=2.1 ve ph=7.4) içerisindeki şişme denge değerleri.... 140 Tablo 4.13: CS0:F+, CS1:F+ ve CS2:F+ jellerinin destile sudaki n, K ve R 2 değerleri.... 141 Tablo 4.14: CS0:F+, CS1:F+ ve CS2:F+ jellerinin tampon çözeltilerdeki (ph=2.1 ve ph=7.4) n, K ve R 2 değerleri.... 143 Tablo 4.15: CS0:F+, CS1:F+ ve CS2:F+ jellerinin ph=2.1 deki n değerleri.... 144 Tablo 4.16: CS0:F+, CS1:F+ ve CS2:F+ jellerinin ph=7.4 deki n değerleri.... 144 Tablo 4.17: Jellere yüklenen ilaç miktarları ile tampon çözeltilerdeki (ph=2.1 ve ph=7.4) salım yüzdeleri.... 147 Tablo 4.18: A100:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 155 Tablo 4.19: A75:H25:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri... 156 Tablo 4.20: A50:H50:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri... 157 Tablo 4.21: A25:H75:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri... 158 Tablo 4.22: H100:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 159 Tablo 4.23: CS1:A100:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 160 Tablo 4.24: CS1:A75:H25:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 161 Tablo 4.25: CS1:A50:H50:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 162 Tablo 4.26: CS1:A25:H75:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 163 Tablo 4.27: CS1:H100:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 164 Tablo 4.28: CS2:A100:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 165 Tablo 4.29: CS2:A75:H25:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 166 Tablo 4.30: CS2:A50:H50:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 167 Tablo 4.31: CS2:A25:H75:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 168 Tablo 4.32: CS2:H100:F+ jeline ait gerilim-gerinim değerleri.... 169 Tablo 4.33: Jellere ait toplu elastik modül değerleri.... 170 xi

SİMGE VE KISALTMA LİSTESİ Simgeler Açıklama CS : Kitosan AAm : Akrilamid HMA : N-hidroksimetil akrilamid APS : Amonyum persülfat NMBA : N,N -metilenbisakrilamid TEMED : N,N,N,N -tetrametiletilendiamin AA : Asetik asit FTIR : Fourier transform infrared spektroskopisi XRD : X-Işını kırınımı DSC : Diferansiyel taramalı kalorimetre TGA : Termogravimetrik analiz 5-FU : 5-fluorouracil IPN : İç içe geçmiş ağ yapı π : Toplam şişme basıncı M t : t anında jelin içerdiği çözücü kütlesi M d : Dengedeki jelin içerdiği çözücü kütlesi n : Taşıma mekanizmasını gösteren diffüzyon üsteli k : Hidrojele ait karakteristik sabit F : Jelin t anında aldığı çözücü miktarının dengede alınan çözücü miktarına oranı (şişme kesri) DD : Deasetilasyon derecesi η rel : Relatif viskozite η sp : Spesifik viskozite η inh : İnherent viskozite η red : İndirgenmiş viskozite [η] : İntrinsik viskozite S : Şişme değeri ŞDD : Şişme denge değeri Q : Gram polimer başına adsorplanan ilaç miktarı C i : Dozlanan ilaç çözeltisinin konsantrasyonu C e : İlaç madde çözeltisinin dengedeki konsantrasyonu V : Çözelti hacmi (ml) M : Kuru disk ağırlığı T g : Camsı geçiş sıcaklığı G : Elastik modül xii

ÖZET DOKTORA TEZİ UYARIYA DUYARLI BİYOPOLİMER JELLERİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VE İLAÇ SALIMINDA KULLANIMLARININ İNCELENMESİ Zehra ÖZBAŞ İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Gülten GÜRDAĞ Bu çalışmada, kitosan (CS) doğal polimeri ile farklı oranlardaki akrilamid (AAm) ve N- hidroksimetil akrilamid (HMA) monomerleri kullanılarak CS:AAm, CS:AAm:HMA ve CS:HMA yarı-ipn hidrojelleri hazırlanmıştır. Polimerizasyon reaksiyonları, toplam monomer başlangıç konsantrasyonu sabit tutularak (0.5 M), kitosanın %2 (v/v) lik asetik asitteki %1 ve 2 (w/v) lik çözeltisinde, başlatıcı olarak monomer/monomerlerin molce %1 i oranında amonyum persülfat (APS), hızlandırıcı olarak APS miktarına eşit ağırlıkta N,N,N,N -tetrametiletilendiamin (TEMED) kullanılarak 40 o C da 24 saat sürede gerçekleştirilmiştir. Sadece AAm monomerinin kullanıldığı jellerde çapraz bağlayıcı olarak monomer miktarının molce %1 i oranında N,N -metilenbisakrilamid (NMBA) kullanılmıştır. Karşılaştırma amacıyla CS içermeyen AAm ve HMA homopolimerleri ile AAm-HMA kopolimerleri de hazırlanmıştır. Hazırlanan diğer bir grup polimer de CS ın glutaraldehit (GA) ile çapraz bağlanması ile elde edilen CS jelleri (CS:GA) dir. İlaç yüklü hidrojeller, model ilaç 5-fluorouracil (5-FU) in polimerizasyon öncesinde besleme karışımına ilave edilmesiyle elde edilmiştir. İlaç yüklenmiş ve yüklenmemiş jellerin FTIR, XRD ve DSC/TGA analizleri yapılarak yapısal ve termal özellikleri karşılaştırılmıştır. CS içeren veya içermeyen ilaç yüklü jellerin, 37 o C de destile su ve farklı ph değerlerine (ph=2.1 ve 7.4) sahip tampon çözeltilerdeki şişme kinetiği ve bu jellerin 5-FU ilacının salımında kullanılabilirliği incelenmiştir. Bunun yanı sıra, jellerin basma elastik modülü değerleri belirlenmiştir. xiii

Karakterizasyon çalışmaları sonucunda 5-FU ilacının yarı-ipn jellerde homojen olarak dağıldığı tespit edilmiştir. CS:AAm, CS:AAm:HMA ve CS:HMA yarı-ipn hidrojellerinin, asidik ortamdaki (ph=2.1) şişme denge değerleri ph=7.4 tekine göre CS daki amino gruplarının protonasyonu nedeniyle daha yüksek bulunmuştur. Jelde yüksek hidrofilliğe sahip AAm miktarının artmasıyla şişme denge değerinin arttığı tespit edilmiştir. Jellere su diffüzyonunun non-fickian davranışla uyumlu olduğu belirlenmiştir. İlaç yükleme miktarının artan AAm ve CS miktarı ile artış gösterdiği gözlenmiştir. Jeldeki HMA miktarının artmasıyla N-metilol gruplarından kaynaklanan çapraz bağlanma, çapraz bağ yoğunluğunda artışa neden olmakta ve bu durum jelde ilaç ile etkileşim yapacak fonksiyonel grup miktarının da azalmasına yol açmaktadır. Bu nedenle, jelde HMA içeriğinin artışı ilaç yükleme kapasitesi ve dolayısıyla ilacın % salım miktarının da azalmasına neden olmuştur. Çapraz bağlanma yoğunluğu düşük olan CS:AAm jellerinde ilaç salımı oldukça hızlı ve fazla olmaktadır. Jellerin basma elastik modülleri HMA içeriğinin artması ile ek çapraz bağlanma nedeniyle artmıştır. Jellerin CS içeriğinin artmasının da elastik modül değerlerinde artışa neden olduğu görülmüştür. Mart, 2014, 199. Anahtar kelimeler: Kitosan, akrilamid, N-hidroksimetil akrilamid, hidrojel, yarı-ipn, şişme, 5-fluorouracil, basma elastik modülü. xiv

SUMMARY PhD THESIS THE SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF STIMULI RESPONSIVE BIOPOLYMER GELS AND THE INVESTIGATION OF THEIR USAGES IN DRUG RELEASE Zehra ÖZBAŞ İstanbul University Graduate School of Science and Engineering Department of Chemical Engineering Supervisor : Prof. Dr. Gülten GÜRDAĞ In this study, CS:AAm, CS:AAm:HMA, and CS:HMA semi-ipn hydrogels have been synthesized from chitosan (CS) natural polymer, acrylamide (AAm) and N- hydroxymethyl acrylamide (HMA) monomers by varying the monomer contents. The polymerization reactions have been performed in the solutions of 1 w/v % or 2 w/v % chitosan in aqueous acetic acid (2 v/v %) by keeping the total initial monomer concentration at 0.5 M and using ammonium persulfate (APS) and N,N,N,N - tetramethylethylenediamine (TEMED) as initiator and accelerator, respectively, at 40 o C for 24 hours. While APS was used in the amounts of 1 mol % of monomer content in the feed, TEMED was used in the equal weight of APS. N,N -methylenebisacrylamide (NMBA) was used in the amount of 1 mol % of monomer content in feed as the crosslinker only in the preparation of the gels which was prepared from AAm monomer. For comparison purpose, AAm and HMA homopolymer and AAm-HMA copolymer gels without CS were also prepared. Another group of polymer synthesized in this work was CS gels (CS:GA) which were prepared by the crosslinking of CS with glutaraldehyde (GA). Drug loaded hydrogels have been obtained by the addition of model drug 5-FU to the feed before the polymerization. The structural and thermal characterization of drug-loaded or -unloaded hydrogels have been performed by FTIR, XRD and DSC/TGA analysis, and their properties were compared with each other. The swelling kinetics of drug-loaded gels with or without CS in both distilled water and buffer solutions with ph of 2.1 or 7.4 at 37 o C were determined, and the application potential of these gels in the release of 5-FU was xv

investigated. In addition, the compression elastic moduli of these gels were also determined. The characterization studies indicated that the drug was dispersed homogeneously in the semi-ipn gels. It has been determined that the equilibrium swelling values of CScontaining semi-ipn hydrogels (CS:AAm, CS:AAm:HMA and CS:HMA) in acidic medium (ph=2.1) were higher than those at ph 7.4 due to the protonation of amino groups of CS. In addition, it was also determined that the equilibrium swelling values increased with the increase in AAm content of the gel which has high hydrophilicity. The diffusion of water into the gels was compatible with non-fickian diffusion behaviors. The amount of drug loading increased with the increase in AAm and CS content of gels. The crosslinking density of gels increased with HMA content of gel due to its methylol groups and it led to decrease in the functional groups which may interact with drug. The release of the drug was quite fast and high amount for CS:AAm gels with low crosslinking density. In addition, the compression elastic moduli of gels increased with their HMA content because of the additional crosslinking. It was also observed that the compression elastic moduli of gels increased with the increase in their CS content. March, 2014, 199. Keywords: Chitosan, acrylamide, N-hydroxymethyl acrylamide, hydrogel, semi-ipn, swelling, 5-fluorouracil, compression elastic moduli. xvi

1 1. GİRİŞ Hidrojeller; insan vücudu ile biyouyumluluk göstermeleri, doğal dokuya benzer özellik sergilemeleri, yüksek su tutma kapasiteleri, belirli uyarıcı etkilere (ph, sıcaklık, manyetik alan, elektriksel alan, biyomolekül vb.) cevap verebilme yeteneklerinden dolayı biyosensörler, kateterler, yapay deri uygulamaları, kontakt lensler, kontrollü ilaç salım sistemleri gibi ilaç ve biyomedikal uygulamalar için geniş kullanım alanı bulan ve giderek önem kazanan malzemelerdir. Ancak hidrojellerin mekanik özelliklerinin zayıf olması, kullanım esnasında güçlüklerle karşılaşılmasına sebebiyet vermektedir. Özellikle ilaç salımında kullanılacak hidrojel sistemlerin mukavemetinin düşük olması, uygulamada bir takım zorluklar ortaya çıkarmasının yanında etken maddenin öngörüldüğü şekilde salımına olanak sağlamamaktadır. İlaçların sisteme veriliş yolu olarak en dikkat çeken yöntem kontrollü salım sistemleridir. Kontrollü salım sistemlerinde etken maddenin tek bir uygulama ile uzun süre etkin düzeyde kalması sağlanır. Bu sistemlerde hidrojellerin şişme-büzülme, mekanik, morfolojik, kimyasal vb. gibi pek çok özelliklerinden yararlanılmaktadır. Özellikle ortam ph ının değişimlerine en azından belirli oranlarda cevap verebilen hidrojeller, çeşitli vücut bölgelerinde ilaç serbestleştirmek için önem arz etmektedir. Bu özellikler çok farklı polimerlerin bir araya gelerek hidrojel oluşturması sayesinde gerçekleşmektedir. İyonik hidrojellerin bu konuda özel bir yeri vardır. Kitosan (CS) bu tür sistemlerde sıklıkla başvurulan biyouyumlu bir biyopolimerdir. Kitosan (CS), biyouyumluluk, biyoparçalanabilirlik, toksik olmama, yüksek su geçirgenliği ve mekanik dayanımı, mükemmel film oluşturma yeteneği ve kimyasal modifikasyonlara duyarlılık özellikleri nedeniyle birçok polimer içerisinde önemli bir yere sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı; doğal bir polimer olan kitosan; ilaç, kozmetik, tıp, tarım gibi çeşitli endüstrilerde sayısız kullanım alanlarına sahiptir.

2 Sunulan çalışmada serbest radikal polimerizasyonu yoluyla değişik oranlarda CS, AAm ve/veya HMA içeren yarı-ipn tipi hidrojeller; başlatıcı olarak amonyum persülfat (APS), hızlandırıcı olarak N,N,N,N -tetrametiletilendiamin (TEMED) ve çapraz bağlayıcı olarak da N,N -metilenbisakrilamid (NMBA) kullanılarak hazırlanmıştır. CS:AAm:HMA yarı-ipn jeli ilk kez bu çalışmada hazırlanmış olup, HMA bileşeni nedeniyle toksik etki gösteren NMBA gibi bir çapraz bağlayıcı kullanmaksızın çapraz bağlı polimerin elde edilişi, bu çalışmanın bir başka özgün yanını oluşturmaktadır. Polimerizasyon öncesi model ilaç 5-fluorouracil (5-FU)'in yapıya ilave edilmesiyle ilaç yüklü hidrojeller elde edilmiştir. CS esaslı yarı-ipn jellerin ilaç salımı, şişme kinetiği ve elastik modül özellikleri üzerinde gerek monomer türünün (AAm veya HMA) gerekse monomer (AAm/HMA) konsantrasyonundaki farklanmanın etkisi ortaya konmuştur. Çalışmada görüldüğü gibi yapıya HMA nın katılması ile ürünlerin şişme denge değerlerinin azalmış, ilaç salım dengesine ulaşma süresi artmış ve elastik modül değerinde iyileşme sağlanmıştır.

3 2. GENEL KISIMLAR 2.1.HİDROJELLER Hidrojeller; üç boyutlu, yapılarında hidrofilik grup bulunduran, çapraz bağlı, suda çözünmeyip su veya biyolojik sıvı absorblayan malzemelerdir (Peppas ve diğ., 2000; Soppimath ve diğ., 2002). Bu malzemelerin suya karşı yüksek bir ilgisi vardır, fakat polimer zincirleri arasındaki fiziksel veya kimyasal bağlardan dolayı çözünmezler (Peppas ve diğ., 2000; Bhattarai ve diğ., 2009). Bir jelin hidrojel olarak adlandırılabilmesi için kendi ağırlığının %10-20 si kadar su absorplayabilmesi gerekirken, bu miktar ağırlıklarının 1000 katına kadar çıkabilmektedir (Hoffman, 2002). Hidrojeller, şişmiş halde yumuşak ve esnek olabilmeleri gibi taşıdıkları birçok fiziksel özellikler açısından canlı dokularla karşılaştırıldıklarında büyük bir benzerlik göstermektedir (Soppimath ve diğ., 2002). Hidrojellerin üç boyutlu yapısı; kimyasal bağlar ya da iyonik etkileşim, hidrojen bağı, fiziksel etkileşimler, Van der Waals kuvvetleri, hidrofobik etkileşimler gibi kohezyon kuvvetleri aracılığıyla gerçekleşir. Bu etkileşmeler Şekil 2.1 de verilmektedir (Soppimath ve diğ., 2002). Bu kuvvetlerden biri veya hepsi, jelin iki faz arasındaki dönüşümünden sorumludur. Fiziksel çapraz bağlı jellerin dış çevre değişimine fazlaca duyarlı oldukları bilinmektedir (Wu ve diğ., 1992; Duran ve diğ., 1999; Zhang ve diğ., 2001). Bir fazda, çevre koşulları; çekici gücün daha kuvvetli olmasına ve solventin dışarı çıkarak jelin çökmesine (büzülmesine) sebep olur. Diğer fazda ise, çevre koşulları; itici gücün daha kuvvetli olmasına ve çözücünün absorplanıp jelin şişmesine neden olur (Soppimath ve diğ., 2002).

4 Şekil 2.1: Hidrojellerde dört temel moleküler etkileşim. 2.1.1.Hidrojellerin Sınıflandırılması Polimerik hidrojeller; hazırlanma metoduna, iyonik yüklerine, fiziksel yapılarına, çapraz bağlanma durumları gibi farklı özelliklerine bağlı olarak Şekil 2.2 de görüldüğü gibi sınıflandırılabilirler (Peppas ve diğ., 2000; Patel ve Mequanint, 2011). Şekil 2.2: Hidrojellerin sınıflandırılması. Homopolimer hidrojeller: Tek tür hidrofilik monomerden oluşturulan hidrojellerdir.

5 Kopolimer hidrojeller: İki komonomerin çapraz bağlanması ile hazırlanırlar. Ancak monomerlerden en az bir tanesinin su tutma özelliğinin iyileştirilmesi amacıyla hidrofilik yapıda olması gereklidir. İç içe geçmiş ağ yapılı (IPN) hidrojeller: Çapraz bağlı iki polimerik örgünün fiziksel olarak birleşmesi ile oluşur. Bu yapılardan en az biri diğerinin varlığında sentezlenir ve/veya çapraz bağlanır. IPN yi oluşturan iki polimerik örgünün birbiriyle uyumlu olması IPN oluşumunu arttırır, faz ayrılmasını engeller. Yarı-IPN tipi hidrojellerde polimerlerden biri çapraz bağ içerirken diğeri içermez. Nötral (iyonik olmayan) hidrojeller: Yapılarında yüklü gruplar bulundurmayan homopolimerik veya kopolimerik nötr hidrojellerdir. Çözücünün osmotik basıncı yan zincirin gerilme enerjisi ile dengelendiği zaman denge değerine kadar şişerler. Bu hidrojellerin şişme ve büzülmesi genellikle çevre sıcaklığındaki değişimin bir sonucu olarak meydana gelir. Anyonik hidrojeller: Negatif yüklü asidik veya anyonik monomerlerin homopolimerlerinden ya da bir anyonik monomerle bir nötr monomerin kopolimerinden oluşurlar. Bunlar dış ortam ph ına bağlı olarak denge şişme davranışlarında ani değişimler gösterirler. Katyonik hidrojeller: Pozitif yüklü bazik veya katyonik monomerlerin homopolimerlerinden ya da bir katyonik monomerle bir nötr monomerin kopolimerinden oluşurlar. Bunlar da dış ortam ph ına bağlı olarak denge şişme davranışlarında ani değişimler gösterirler. Akıllı hidrojeller: Dış ortam değişimlerinin sonucu olarak farklı davranışlar sergileyen hidrojellerdir. Bu konu Bölüm 2.2 de daha ayrıntılı şekilde anlatılacaktır. Doğal hidrojeller: Doğal polimerlerden elde edilen hidrojeller yeterli mekaniksel özellik sağlayamamalarına rağmen, doğal biyouyumluluk, biyobozunurluk ve hücresel aktiviteleri destekleyen hidrojellerdir.

6 Sentetik hidrojeller: Doğal biyoaktif yapıya sahip olmamalarına rağmen, biyouyumluluk ve fonksiyonellik sağlamak için modifiye edilebilen polimerlerdir. Doğal polimerler ile sentetik monomerler kullanılarak da hidrojeller sentezlenebilmektedir. Hidrojellerin sentezinde kullanılan bazı doğal polimerler ve sentetik monomerler Tablo 2.1 de verilmektedir (Peppas ve diğ., 2000; Hoffman, 2002; Lin ve Metters, 2006). Tablo 2.1: Hidrojellerin sentezinde kullanılan bazı doğal polimerler ve sentetik monomerler. Doğal polimerler Sentetik monomerler Kitosan Hidroksietil metakrilat (HEMA) Aljinat N-(2-hidroksipropil) metakrilat (HPMA) Fibrin N-vinil-2-pirolidon (NVP) Kollajen N-izopropil akrilamid (NIPAM) Jelatin Vinil asetat (VAc) Hyaluronik asit Akrilik asit (AA) Dekstran Metakrilik asit (MAA) Poli(etilen glikol akrilat/metakrilat) (PEGA/PEGDMA) Poli(etilen glikol diakrilat/dimetakrilat) (PEGDA/PEGDMA) 2.1.2.Hidrojellerin Sentezi Hidrojellerin sınıflandırılmasında bahsedildiği gibi çapraz bağlanma durumlarına göre hidrojeller; fiziksel hidrojeller ve kimyasal hidrojeller olmak üzere iki grup altında tanımlanmaktadır. Fiziksel hidrojellerde zincirler; moleküler kıvrılmalar, iyonik bağlar, hidrojen bağları veya hidrofobik etkileşimler gibi ikincil güçlerle bir arada tutulmaktadır. Fiziksel hidrojeller kalıcı değildir ve genellikle sıcaklık, ph, çözücü bileşimi değişimiyle homojen çözeltilere dönüşürler ve başlangıç şartlarına geri dönülmesiyle tekrar jelleşirler. Kimyasal hidrojeller ise kovalent bağlarla çapraz bağlı zincirlerden oluşmaktadır. Kovalent çapraz bağlar kırılmadığı müddetçe su veya diğer organik çözücülerde çözünmezler. Hidrojeller, kimyasal başlatıcılı serbest radikal veya yüksek enerjili ışınlar ile başlatılan radikalik zincir polimerizasyonu ile hazırlanmaktadır (Hennink ve Van Nostrum, 2002).

7 Kimyasal yolla hidrojel hazırlanması başlama, zincir büyümesi ve çapraz bağlanma, birleşme veya bölünme ile sonlanma olmak üzere dört basamakta oluşur. Şekil 2.3 de serbest radikal polimerizasyonu ile oluşan çapraz bağlı hidrojellerin oluşumu şematik olarak gösterilmektedir (Hoffman, 2002). Şekil 2.3: Serbest radikal polimerizasyonu ile oluşan çapraz bağlı hidrojeller. Çapraz bağlayıcı olarak kullanılabilecek maddeler, üzerinde hidroksil grupları ile birlikte iki veya daha çok fonksiyonel gruplar içeren maddelerdir. Formaldehit, asetaldehit ve gluteraldehit gibi aldehitler, maleik asit, okzalik asit, dimetilüre, poliakrolein, etilenglikoldimetakrilat, N,N -metilenbisakrilamid, diizosiyanatlar çapraz bağlayıcı olarak kullanılabilmektedir (Peppas ve Mikos, 1986). Kimyasal başlatıcı kullanılan sistemlerde en yaygın kullanılan başlatıcılar, amonyum persülfat, azobisizobutironitril (AIBN) ile benzoil ya da kümil peroksit gibi peroksitlerdir (Peppas ve Mikos, 1986). Yüksek enerjili ışınlar ile başlatılan radikalik zincir polimerleşmesinde uyarılma α, β ve γ ışınları, elektronlar, protonlar ve nötronlar gibi hızlandırılmış taneciklerin etkisi ile yapılır. Bu yöntemin üstünlükleri, polimerleşmenin katı, sıvı, gaz fazlarından istenen fazda yapılabilmesi ve başka yöntemlerle polimerleştirilmesi zor olan monomerlerin kolayca polimerleştirilebilmesi ve serbest monomerin kalmayışıdır.

8 2.1.3.Hidrojellerde Suyun Konumu Çapraz bağlı homo veya kopolimerik yapıların hidrojel olarak tanımlanabilmesi için yapısında OH, NH 2, COOH, COOR gibi hidrofilik fonksiyonel grupların bulunması gerekir (Okay ve Sayıl, 2001). Bu gruplar su ile etkileşerek hidrojen bağları oluştururlar. Bağlı duruma geçen su ile çevrilen hidrofilik gruplardan dolayı jelin hacmi ve kütlesi artar, jel şişmeye baslar. Bir jeldeki hidrofilik grupların fazlalığı şişmeyi daha da çok arttırır. Şişmiş bir hidrojelde üç tür su bulunmaktadır (Hoffman, 2002); Bağlı su; polimerin polar grupları ile hidrojen bağları yapan sudur. Ara yüzey suyu; polimerin hidrofobik grubu çevresinde toplanan sudur. Bağlı su gibi sıkıca bağlı değildir. Serbest ya da kütle suyu; çapraz bağlı polimerlerin gözeneklerini dolduran bu su, normal su gibi davranır. Yani bir bağ söz konusu olmadan su molekülleri fiziksel olarak gözenekler içinde yer alırlar. 2.1.4. Hidrojellerin Şişmesi Şişme küçük moleküllü bir sıvının polimer yapısında bir değişme ile birlikte bir polimer tarafından soğurulması prosesidir. Şişme sınırlı veya sınırsız olabilir. Sınırsız şişme kendiliğinden çözeltiye dönüşen şişmedir. Böyle bir olaya çözünme denir. Sınırlı şişmede ise sıvıların polimer tarafından tutulma aşaması sınırlanarak çözünmesi önlenir. Ayrıca çapraz bağlı polimerler çözünmezler, jel oluşturarak şişerler. Bir polimerik jelin şişme yeteneğini içerdiği fonksiyonel grupların birbiriyle ve çözücüyle etkileşimi belirlemektedir (Zhang ve diğ., 2001; Kim ve diğ., 2004). Hidrojellerin şişme özelliğini etkileyen en önemli faktörlerden biri çapraz bağlanma oranıdır. Çapraz bağlanma oranı, çapraz bağlayıcının mol sayısının, polimerin tekrarlanan biriminin mol sayısına oranı olarak tanımlanır. Çapraz bağlanma oranının yüksek olması daha çok çapraz bağlayıcının hidrojel yapının içine girmesi demektir. Yüksek çapraz bağlı hidrojellerin yapıları daha sıkıdır ve bunlar düşük çapraz bağ oranlarına sahip olanlara nazaran daha az şişerler. Çapraz bağlanma polimer zincirinin

9 hareketini engellemekte ve bunun sonucunda da hidrojelin şişme oranı azalmaktadır (Peppas ve diğ., 2000). Polimerin kimyasal yapısı hidrojellerin şişme oranını etkileyen bir başka etkendir. Hidrofilik gruplara sahip olan hidrojeller, hidrofobik grup içerenlerle kıyaslandığında daha yüksek derecede şişerler. Hidrofobik gruplar, suyun bulunduğu ortamlarda kendi içlerine kapanarak su moleküllerinin yapıya nüfuz etmesine engel olurlar. Sonuç olarak bu hidrojeller, hidrofilik gruplar içeren hidrojellere oranla daha az şişer (Peppas ve diğ., 2000). Çevreye duyarlı hidrojellerin şişme özellikleri spesifik uyarılardan etkilenebilir. Sıcaklığa duyarlı hidrojeller şişme ortamında olabilecek sıcaklık değişimlerinden etkilenirler. Ortamın iyonik şiddet ve ph ındaki değişiklikler ise iyonik şiddet ve ph'ya duyarlı hidrojellerin şişme özelliklerini etkiler. Daha bir çok spesifik uyarı, diğer çevreye duyarlı hidrojellerin şişme davranışlarını etkileyebilir (Peppas ve diğ., 2000). 2.1.4.1.Nötral Hidrojellerin Şişmesi Nötral hidrojellerin şişmesi Denklem 2.1 de görüldüğü gibi genellikle osmotik ve elastik şişme basınçlarını içeren şişme basıncıyla (π) açıklanmaktadır (Flory, 1969; Li ve Tanaka, 1992; Rubinstein ve diğ., 1996). (2.1) Düz zincirli bir polimer çözücü içine daldırıldığında zincirlerin çözücüye olan ilgisine bağlı olarak çözünme eğilimi göstermektedir. Bu durum hidrojeller gibi çapraz bağlı polimerler için de geçerlidir. Şebeke yapı içindeki yüksek polimer konsantrasyonu nedeniyle jelin içindeki ve dışındaki çözücü miktarı farkı jel içinde osmotik basıncın oluşumuna yol açmaktadır. Bu osmotik basınç çözücü moleküllerini şebeke içine doğru hareket ettirmekte ve şebekenin hacminde artış gözlenmektedir. Böylece jel içindeki polimer konsantrasyonunda seyrelme olmakta ve osmotik basınç düşmeye başlamaktadır. Şebekenin şişmesine neden olan osmotik basınç polimerik şebekenin çözücü molekülleriyle karışmasını sağladığından karışma basıncı (π mix ) olarak da adlandırılmaktadır.

10 Jel şebekelerinin şişmesi ve düz zincirli polimerlerin çözünmesi arasındaki temel fark şebeke yapıda bulunan zincirler arası kalıcı bağların polimerin çözünme eğilimini kısıtlamasıdır. Buna rağmen şebeke uygun miktarda çözücü absorblayıp olabildiğince genişlemeye çalışır. Bu genişleme zincirlerin gerilmesine sebep olacağından zincir elastikiyet kuvvetleri devreye girer. Bu elastik kuvvet π el olarak gösterilir ve şişmeyi azaltıcı yönde etki eder. Buna göre toplam şişme basıncı Denklem 2.2 ile ifade edilir. (2.2) Osmotik basınç π mix terimi ile ifade edilmiştir. Toplam şişme basıncı (π) pozitif olduğunda hidrojel şişmekte, negatif olduğunda ise büzülmektedir. Şişme dengesine ulaşıldığında ise π = 0 olur. Başlangıçta şişmeyi jelin karışma basıncı kontrol etmektedir. Şişme devam ettikçe polimer konsantrasyonu azalmakta ve polimer konsantrasyonu şişmeyi daha az etkilemeye başlamaktadır. Bu esnada elastik çekme kuvvetleri giderek artmaktadır. Çözücü fazlasının olduğu sistemlerde şişme, zincirlerin elastik kuvvetleri karışma basıncına eşit olana kadar devam etmektedir. 2.1.4.2.İyonik Hidrojellerin Şişmesi Bir polielektrolit şebeke, çözücü içinde iken iyonlaşarak yüklü polimer zincirleri ve bu yüklere zıt iyonlar oluşturmaktadır. Bu iyonlaşma nötral hidrojellere kıyasla iyonik hidrojellerin daha fazla şişmesine neden olur. Polielektrolit şebekelerin şişme basıncı, jel içindeki zıt yüklü iyonların osmotik şişme basıncını yansıtan π ion ilave terimini de içermektedir. Serbest iyonların varlığı çözücü ve şebeke arasında iyon konsantrasyonu farkı oluşturmaktadır. Bu fark jelin içine daha fazla çözücü absorplanmasına neden olan ek osmotik basıncın temel nedenidir. İkinci etki ise ana zincirlerin üzerindeki elektrik yüklerinin birbirini itmesiyle oluşmaktadır (Katchalsky ve Michaeli, 1955; Ilavsky ve diğ., 1999). Buna elektrostatik basınç ya da Coulomb basıncı (π Coul ) denir. Şebekede yüklerin varlığı şişme için olumlu etki yaratmaktadır. Bu iki ilave etki nedeniyle iyonik jeller nötral jellerden daha fazla çözücü absorplayabilmektedir. Polielektrolit jellerin şişme basıncı Denklem 2.3 deki eşitlik ile açıklanır (Flory, 1969; Katchalsky ve diğ., 1951, Katchalsky ve diğ., 1952, Katchalsky ve Michaeli, 1955):

11 (2.3) İyonik jellerdeki osmotik basınç hem şebekeden hem de zıt yüklerden kaynaklanmaktadır. Zayıf yüklü şebekeler için elektrostatik basıncın etkisi iyonik osmotik basınçla kıyaslandığında çok küçüktür ve genellikle ihmal edilmektedir (Schröder ve Opperman, 1996; Lagutina ve Dubrovskii, 1996). 2.1.5.Hidrojellerin Şişme Kinetikleri Polimerik ve kopolimerik yapıların şişme kinetiği ve difüzyon türünün açıklanmasında kullanılan en temel yasalar Fick yasalarıdır. Çözünme ortamının (su, biyolojik sıvı vb.) polimer matris içine nüfuz etmesiyle çözücü içermeyen matris şişmeye başlar ve iç kısımda camsı, dış tarafta ise şişen kauçuğumsu faz olmak üzere iki farklı faz meydana gelir. Eğer polimer çözünme ortamı ile termodinamik olarak dengede ise matrisin camsı geçiş sıcaklığı ortam sıcaklığının altına düşer ve matris kauçuğumsu duruma geçer. Bu olay polimerik ağın plastikleşmeden dolayı makromoleküler hareketliliğin önemli derecede artmasına ve hacim büyümesine neden olur. Ara yüzeyin her iki tarafı da bu şişme davranışı ile karakterize edilir. Kauçuğumsu bölgeden camsı bölgeyi ayıran bu yüzey şişme ara yüzeyi olarak adlandırılır. Çeşitli salım sistemlerinde moleküller polimerin kauçuğumsu bölgesinden dışarı difüzlenmekte ve kontrollü salım, şişme ara yüzeyinin pozisyonu ve akış hızı ile kontrol edilmektedir (Peppas ve diğ., 2000). Hidrojellerde diffüzyon mekanizmalarının tanımlanmasında Denklem 2.4 kullanılmaktadır (Bajpai ve Giri, 2002). (2.4) M t : t anında jelin içerdiği çözücü kütlesi M d : Dengedeki jelin içerdiği çözücü kütlesi n: Çözücünün diffüzyon türünü gösteren diffüzyon üsteli k: Diffüzyon sabiti F: Jelin t anında aldığı çözücü miktarının dengede alınan çözücü miktarına oranı (şişme kesri)

12 Polimer zincirlerinin gevşeme hızı (relaksasyon hızı, R gevşeme ) ve çözücünün yapı içine diffüzlenme hızı (R dif ) hidrojellerde şişmeyi denetleyen iki önemli parametredir. Diffüzyon türü ve mekanizması bu parametrelere bağlı olarak Fick tipi diffüzyon, Fick tipi olmayan diffüzyon ve süper durum olmak üzere üç farklı şekilde sınıflandırılabilir. Fickian tipi diffüzyon: Polimerin relaksasyon (durulma) hızının çözücünün diffüzyon hızından daha büyük olduğu ve denge şişme değerine kısa sürede ulaşıldığı diffüzyon türüdür (n=0,5). Fickian tipi olmayan diffüzyon: Suyun hidrojele olan diffüzyon hızı polimer zincirlerinin gevşeme hızından daha büyüktür. Hidrojelin şişme hızını polimer zincirlerinin gevşeme hızı belirler (0,5<n<1). Süper durum: Şişme üzerinde hem suyun hidrojele difüzyon hızının hem de polimer zincirlerinin gevşeme hızının aynı anda etkisi olduğu durumdur (n=1). Bu mekanizmalar dışında, Durum II mekanizmasında yine n=1 olup çözücünün hareket kabiliyeti, gevşeme hızından daha büyüktür ve relaksasyon hızı kontrol eden basamaktır. Durum II geçişi tamamen polimer yapının gevşemesine bağlıdır. Fick yasasına uyan ve Fick yasasına uymayan difüzyon Şekil 2.4 de şematize edilmiştir (Bajpai ve Giri, 2002).

13 Şekil 2.4: Bir hidrojelde su diffüzyonunun şematik gösterimi. Difüzyon üsteli n, şişmenin henüz dengeye ulaşmadığı bölgede ve çözücü kütlesinin %60 lık kesiminin (F<0,60) jele girmesi için geçen zaman aralığında lnf-lnt grafiğinde elde edilecek doğrunun eğiminden bulunabilmektedir (Peppas ve diğ., 2000). 2.2.AKILLI HİDROJELLER Akıllı hidrojeller veya uyarıya duyarlı hidrojeller, dış ortamdan gelen herhangi bir uyarı sonucunda yapısal değişime uğrayarak tersinir fiziksel veya kimyasal özellikler gösteren hidrojellerdir (Lin ve Metters, 2006; Bajpai ve diğ., 2008). Hidrojeller bu karakteristik özelliklerinden dolayı biyolojik uygulamalarda önemli yer tutmaktadır (Lin ve Metters, 2006). Uyarıya duyarlı hidrojeller, uyarı türlerine göre Şekil 2.5 te görüldüğü gibi sınıflandırılır (Gupta ve diğ., 2002). Bu çevresel uyarılar; sıcaklık, elektriksel alan, çözücü bileşimi, ışık, ses ve manyetik alan gibi fiziksel uyarılar ve ph, iyonlar, spesifik moleküler tanınma olayları gibi kimyasal veya biyokimyasal uyarılar olmak üzere ikiye ayrılırlar (Qiu ve Park, 2001).

14 Şekil 2.5: Hidrojellerin uyarı çeşitleri. 2.2.1.Sıcaklığa Duyarlı Hidrojeller Sıcaklığa duyarlı hidrojeller ilaç salımı araştırmalarında çevreye duyarlı polimer sistemlerinin en çok çalışılan sınıflarından biridir. Sıcaklığa duyarlı polimerlerin yaygın karakteristik özelliği, metil, etil, propil gibi hidrofobik grupların varlığıdır. Çoğu polimer sıcaklığa bağlı bir faz geçişi gösterir. Sudaki şişme derecesinde belirgin bir değişiklik gösteren sıcaklığa duyarlı bir hidrojel elde etmek için, bu jeli oluşturan bileşenlerin belli bir sıcaklığın altında veya üstünde çözünmez olmaları gerekir. Bu sıcaklıklara sırasıyla alt kritik çözünme sıcaklığı (AKÇS) (lower critical solution temperature, LCST) ve üst kritik çözünme sıcaklığı (ÜKÇS) (upper critical solution temperature, UCST) denir (Bromberg ve Ron, 1998). Sıcaklığa duyarlı bazı polimerlere ait yapılar Şekil 2.6 da verilmiştir (Qiu ve Park, 2001). Şekil 2.6: Sıcaklığa duyarlı bazı polimerler; poli(n-izopropil akrilamid) (a), poli(n,n-dietil akrilamid) (b) ve poli(n-izopropil akrilamid-ko-butil metakrilat) (c). Sıcaklığa duyarlı hidrojeller; negatif olarak sıcaklığa duyarlı (negatively thermosensitive), pozitif olarak sıcaklığa duyarlı (positively thermosensitive) sıcaklıkla tersinir jeller (thermally reversible gels, TRG) olarak sınıflandırılabilirler (Qiu ve Park, 2001).

15 Negatif olarak sıcaklığa duyarlı hidrojeller, LCST ye sahiptirler. LCST, sıcaklık yükseltildiğinde polimer çözeltisinin çözünür halden çözünmez hale dönüştüğü kritik sıcaklıktır. Bu sıcaklıkta polimer çözeltisi tersinir bir faz geçişi gösterir. Böyle bir faz geçişine polimer zincirlerinin hidrofilik/hidrofobik dengesindeki değişiklikler eşlik eder. Polimer LCST nin altında hidrofilik karakterdedir. Fakat bu sıcaklığın üzerine çıkıldığında hidrofobik duruma gelir. Bu tür hidrojeller, LCST nin üzerine ısıtıldıklarında büzülürler. Bu şişme-büzülme özelliği, sıcaklığa duyarlı hidrojellerin ilaç salımında kullanılabilmelerine temel oluşturmaktadır (Bromberg ve Ron, 1998). Poli(N-izopropil akrilamid) faz geçiş sıcaklığının vücut sıcaklığına yakın olması nedeniyle en yaygın olarak kullanılan polimerdir (Qiu ve Park, 2001). Pozitif olarak sıcaklığa duyarlı hidrojeller, UCST ye sahiptirler. Bu tür hidrojeller UCST nin altına soğutulduklarında büzülürler. IPN biçiminde oluşturulan bazı hidrojeller pozitif sıcaklık duyarlılığı gösterir yani yüksek sıcaklıklarda şişer, düşük sıcaklıklarda büzülürler. Poli(akrilik asit) (PAA) ve poliakrilamid (PAAm)'in IPN' lerinin veya P(AAm-ko-butilmetakrilat) ın şişmesi sıcaklığa pozitif bağlılık gösterir (Katona ve diğ., 1991). Üçüncü tür sıcaklığa duyarlı hidrojel türü sıcaklıkla tersinir jellerdir (thermally reversible gels, TRG). Eğer hidrojeldeki polimer zincirleri kovalent olarak çapraz bağlanmamışsa, sıcaklığa duyarlı hidrojeller şişme-büzülme geçisi yerine sol-jel faz geçişine uğrayabilirler. Sıcaklıkla tersinir jeller, yüksek sıcaklıklarda sol durumundadır. Poli(etilen oksit) ve poli(propilen oksit) blok kopolimerleri bu tür davranış sergilerler (Qiu ve Park, 2001). 2.2.2.pH a Duyarlı Hidrojeller ph a duyarlı jeller, yapılarında proton alan ya da veren asidik (karboksilik asit, sülfonik asit) veya bazik (primer amin, kuaterner amonyum tuzları) askı gruplar sayesinde, ortam ph değişimine bağlı olarak şişme ya da büzülme davranışının gözlendiği yapılardır (Peppas ve diğ., 2000; Qiu ve Park, 2001). Tablo 2.2 de ise ph a duyarlı hidrojellerin hazırlanmasında kullanılan başlıca monomerler verilmiştir (Kesgin, 2004).

16 Tablo 2.2: ph a duyarlı hidrojellerin hazırlanmasında kullanılan başlıca monomerler. Tür Monomer ph a duyarlı grup Akrilik asit, Metakrilik asit - COOH Anyonik Sodyumstirensülfonat - SO - 3Na + Sülfoksietilmetakrilat -SO - 3H + Aminoetilmetakrilat -NH 2 Katyonik N,N`-dimetilaminoetilmetakrilat -N(CH 3 ) 2 N,N`-dietilaminometakrilat -N(CH 2 CH 3 ) 2 Vinilbenziltrimetilamonyumklorür -N(CH 3 ) + 3Cl - Vinilpiridin -N(CH= CH 2 ) Fazla sayıda iyonize gruba sahip polimerler polielektrolit olarak tanımlanır. Şekil 2.7 de poli(akrilik asit) (PAA) ve poli(n,n-dietilaminoetil metakrilat) (PDEAEM) polielektrolitlere ait yapıları ve ph a bağlı iyonizasyonları görülmektedir (Qiu ve Park, 2001). Şekil 2.7: Polielektrolit hidrojellerin ph'a bağlı iyonizasyonu (üstte PAA, altta PDEAEM'in iyonizasyonu gösterilmiştir). İyonik polimerlerin şişme derecesini hem polimere bağlı özellikler (yük, iyonize olabilen grupların pk a değerleri ve konsantrasyonu, iyonizasyon derecesi, çapraz bağ yoğunluğu, hidrofiliklik ve hidrofobiklik) hem de şişme ortamına bağlı özellikler (ph, iyonik güç, ortak iyonlar ve değerlikleri) etkilemektedir (Kim ve Bae, 2000). Anyonik ve katyonik hidrojellerin ph a göre şişmeleri Şekil 2.8 de görülmektedir (Gupta ve diğ., 2002).

17 Şekil 2.8: ph a duyarlı (a) anyonik, (b) katyonik hidrojellerin şişmesi. Karboksilik veya sülfonik asit gibi gruplara sahip anyonik hidrojeller, ortam ph ı iyonize grubun pk a değerinden yüksek olduğu zaman iyonlaşarak zincirler arasında elektrostatik itmenin artmasına neden olur. Bu durum da hidrofilite ve şişme oranını arttırır. Tersine, amin gibi yan gruplara sahip katyonik hidrojeller ise ortam ph ı iyonize grubun pk b değerinden düşük olduğu zaman iyonlaşarak zincirler arasında elektrostatik itmenin artmasıyla birlikte hidrofilite ve şişme oranının da artmasına sebep olur (Peppas ve diğ., 2000; Lin ve Metters, 2006). Hidrojel oluşumu için kullanılan iyonik monomerlere bağlı olarak, ph a duyarlı şişme eğrisi, Şekil 2.9 da görüldüğü gibi iyonize grupların pk a /pk b değeri civarında bir veya daha fazla noktada birden veya dereceli olarak artış göstermektedir (Lin ve Metters, 2006; Patel ve diğ., 2011). Şekil 2.9: İyonik hidrojellerin ph a bağlı şişme davranışı. ph a duyarlı hidrojellerin kontrollü salım proseslerinde kullanılması öngörülmektedir. Katyonik hidrojeller mide ph sında şişebildikleri için, mideye hedeflenmiş etkin madde

18 salımında kullanılmaktadır. Anyonik hidrojeller ise yüksek ph değerlerinde iyonize olurlar. Bu yüzden yüksek ph ya sahip alt sindirim bölgesine hedefleme yapmak için seçilecek polimerlerdir. 2.3.HİDROJELLERİN KULLANIM ALANLARI Hidrojeller, teknolojik uygulamalarda yaygın bir kullanım alanına sahiptirler. Hidrojellerin endüstriyel kullanım alanlarına ait genel bazı örnekler Tablo 2.3 de sunulmuştur (Bronsted ve Kopecek, 1991). Yüksek su absorplama kapasitesine sahip oluşları nedeniyle peçete, çocuk bezi, toz bezi gibi temizlik ürünlerinin yapımında (Wu ve diğ., 1992) kullanılmaktadır. Akrilamid/maleik asit ve akrilamid/itakonik asit hidrojelleri, sulu çözeltilerden bazı ağır metal iyonlarının ve boyar maddelerinin uzaklaştırılmasında kullanılmaktadır (Saraydın ve diğ., 1995; Karadağ ve diğ., 1995). Tablo 2.3: Jellerin teknolojik uygulamaları. Kullanım alanı Örnek Mekanik-kimyasal sistemler Robotlar Yapay kas ve kas sistemleri Sensörler Sıcaklığa duyarlı sensörler ph a duyarlı sensörler Çözücü bileşimine duyarlı sensörler Elektrik alana duyarlı sensörler Seçimli pompalar Yağ geri kazanımı Biyolojik ürünlerin yoğuşması Kontrol düğmeleri Akış hızını ayarlayan sistemler Işık kapayan sistemler Hafızalar ve 3-boyutlu display üniteleri Kontrollü biyoreaktörler İlaç salım sistemleri Hidrojeller; iyonik şiddet, elektromanyetik ışıma, ph ve sıcaklık gibi dış çevre koşullarındaki değişimlere hacimlerini yüzlerce kat arttırıp azaltarak kontrollü bir şekilde cevap verebilmeleri sayesinde biyomedikal, farmasötik, teknoloji ve tarımsal alanda geniş kullanım alanları bulmuştur (Peppas ve diğ., 2000; Hoffman, 2002; Taşdelen ve diğ., 2005).

19 Hidrojellerin biyomalzeme olarak ilk uygulaması kontak lensler olmuştur. Mekanik kararlılığının iyi oluşu, yüksek oksijen geçirgenliği ve uygun kırılma indisine sahip oluşları, kontak lenslerde kullanımlarının temel nedenidir. PHEMA ve kopolimerleri yumuşak kontak lens yapımında kullanılmaktadır (Refojo, 1972). Tedavi amaçlı göz damlaları da hidrojellerin bir başka kullanım alanıdır. Hidrojeller yüksek oranda su tutucu olmaları nedeniyle tarımsal alanda gübrelerin denetimli salımlarında (Ohara ve Sakai, 1985), tarımsal ilaçların denetimli salımlarında (Cardarelli, 1980; Roseman ve Cardarelli, 1980), endüstride yağ ve petrol içerikli sulu atıklardan saflaştırma işlemlerinde kullanılabilmektedir. Ayrıca suyun uzaklaştırılması işlemlerinde su tutucu olarak (Okamoto ve diğ., 1987; Tokuyama ve diğ., 1985) ve hastane atıklarından suda çözünebilen ya da hidrojelle uyumlu olarak soğurabileceği bazı fizyolojik (kan, üre vb.) sıvıların soğurulması (Shibana, 1987; Chemelir ve diğ., 1983) gibi çok yararlı uygulamaları bulunmaktadır. Günümüzde biyoteknolojik alanda üzerinde en çok durulan konulardan biri hidrojellerin enzim ve hücre immobilizasyonunda taşıyıcı olarak kullanımına yönelik çalışmalardır (Park ve Hoffman, 1990). Fiziksel enzim alıkoyma yöntemi için kullanılan çapraz bağlı poliakrilamid bunlar için iyi bir örnektir. Normal ya da kimyasal olarak modifiye edilmiş kalsiyum aljinat hidrojeli de bu tür materyallere bir diğer örneği oluşturmaktadır. Bir başka kullanım alanı ise yanık tedavisidir. Hidrojeller, esnek olmaları, dayanıklılıkları, antijenik olmamaları, su buharı ve metabolitleri geçirebilmelerinden dolayı bu sahada kullanım alanı bulmuşlardır. O 2 ve su bazlı ilaç geçişine izin veren poliüretan membran destekli hidrojeller yapışkan olmayan yanık sargıları olarak kullanılmaktadırlar. Yanık tedavisinde kullanılan bir başka hidrojel sargı ise, şeffaf olup yaradan rahatlıkla temizlenebilen, yaraya yapışmayan aljinat sargılardır (Canoğlu ve Yükseloğlu, 1999). Hidrojellerin kontrollü ilaç salımı için taşıyıcı olarak kullanıldığı çeşitli uygulamalar da geliştirilmiştir. Kontrollü salım sistemlerinde etken maddenin tek bir uygulama ile uzun süre etkin düzeyde kalması sağlanır. Bu sistemlerde hidrojellerin şişme-büzülme,

20 mekanik, morfolojik, kimyasal vb. gibi pek çok özelliklerinden yararlanılmaktadır. Özellikle ortam ph'sının değişimlerine en azından belirli oranlarda cevap verebilen hidrojeller, çeşitli vücut bölgelerinde ilaç serbestleştirmek için önem arz etmektedir. Kitosan ve akrilik asit bu tür sistemlerde sıklıkla başvurulan ve biyouyumlu olduğu belirlenmiş olan polimerlerdir (Sinko ve Kohn, 1993). Hidrojellerin ileri uygulamalarından biri de yapay kasların geliştirilmesidir. Elektro kimyasal uyarıları mekanik işe çeviren hidrojeller insan kas dokusu işlevi görebilir. Bu özellikten yararlanarak yapay kaslar yapılmaktadır (Patil ve diğ., 1996). 2.4.HİDROJELLERDE ELASTİK MODÜL Hidrojellerde elastik modül tayin çalışmaları ilk defa 1988 yılında Davis ve ark. tarafından gerçekleştirilmiştir. Sistemin esası hidrojel örneklerinin basınç altındaki boyutsal değişimlerine dayalıdır. Böylece gerilim-gerinim verileri bulunarak elastik modül hesaplanmaktadır. 1990 yılında Gehrke ve Harsh, Davis ve ark. (1988) tarafından kullanılan sistemi geliştirerek Şekil 2.10 da şematik olarak gösterilen dijital sistemi oluşturmuşlardır. Böyle bir sistemde jel örnekleri sabit sıcaklıktaki su dolu petri kabına yerleştirildikten sonra, sistem jel üzerine sabit bir basınç yapacak şekilde aşağı indirilir. Uygulanan kuvvet, kuvvet çeviricisi (transducer) ile, yer değiştirme ise yer değiştirme çeviricisi ile belirlenerek bilgisayara gönderilir. Jelin dengeye gelmesinden sonra bir miktar daha kuvvet uygulanır. Gerilim-gerinim verilerinin elde edilmesiyle çizilen grafikten ve Denklem 2.5 den yararlanılarak elastik modül hesaplanır. (2.5) F: Uygulanan kuvvet, A 0 : (Deforme olmamış) şişmiş polimerin başlangıç alanı, λ: L/Lo, L: Örneğin gerinim altındaki deforme olmuş uzunluğu, L 0 : Örneğin (deforme olmamış) başlangıç uzunluğu. Düşük gerinimlerde, gerilim ile (λ-λ -2 ) değerleri arasında çizilecek grafik oldukça düz

21 bir doğru vermektedir. Bu doğrunun eğimi ise kesme modülünü (G) vermektedir. Şekil 2.10: Gerilme-gerinim ölçme cihazı. Muniz ve Geuskens (2001), PNIPAM içeren çapraz bağlı PAAm ten oluşan yarı-ipn hidrojeller hazırlayarak, şişme ve basma elastik modüllerini incelemişlerdir. Şişme oranı PNIPAM ın varlığına bağlı olarak duyarlılık göstermiştir. PNIPAM zincirlerinin hidrofobik katkısından dolayı, yarı-ipn yapıların şişme oranının azaldığı tespit edilmiştir. Yarı-IPN lerin çapraz bağlı PAAm ile karşılaştırıldığında daha yüksek elastik modüle sahip olduğu bulunmuştur. Sayıl ve Okay (2001), serbest radikal katılma polimerizasyonu ile makroporöz yapıda PNIPAM jelleri hazırlamışlardır. Kritik bir çapraz bağlayıcı konsantrasyonu aşıldıktan sonra (%2-5 NMBA) ağ yapının, homojenden heterojene doğru değiştiği gözlenmiştir. Çapraz bağlayıcı içeriği daha da arttırıldığında şişme oranı ile gözenekeliliğin de arttığı görülmüştür. Çapraz bağlayıcı konsantrasyonuna bağlı olarak PNIPAM jellerinin 3 farklı rejim sergilediği tespit edilmiştir. Çapraz bağlayıcı oranı %3 olduğunda, elastik modül çapraz bağlayıcı miktarının artmasıyla artmış; çapraz bağlayıcı oranı %3-5

22 olduğunda, elastik modül çapraz bağlayıcı miktarının artmasıyla azalmış ve çapraz bağlayıcı oranı %5 olduğunda ise elastik modül başlangıçta sabit kalırken, sonra çapraz bağlayıcı oranının artmasıyla artış göstermiştir. Gurdag ve Oz (2009), gözenek oluşturucu maddeler varlığında PNIPAM ve P(NIPAMko-HMA) jelleri hazırlamışlardır. Gözenek oluşturucu olarak poli(etilen glikol) (PEG) ün kullanımı homopolimer ve kopolimerlerin şişme denge değerlerini arttırırken, basma modüllerinin azaldığı görülmüştür. Kasgoz ve ark. (2012), 2-acrylamido-2 methyl propane sulfonic acid (AMPS) ve AAm ten oluşan hidrojel nanokompozitleri farklı tip killer (montmorillonit, mika ve halloysite) kullanarak sentezlemişlerdir. Kopolimer jellerde kilin varlığı, şişme yeteneği ile mekaniksel dayanıklılığı arttırmıştır. En etkili kilin montmorillonit olduğu bulunmuştur. Hidrojel nanokompozitlerde en yüksek şişme denge değeri ve elastik modül değeri %5 (wt) montmorillonit varlığında bulunmuştur. 2.5.İÇ İÇE GEÇMİŞ POLİMER AĞ YAPISI (INTERPENETRATING POLYMER NETWORK, IPN) İç içe geçmiş ağ yapı (interpenetrating network, IPN) terimi ilk kez Millar tarafından kullanılmıştır (Millar, 1960). IPN, iki veya daha fazla polimer karışımındaki ağ formunda, en az bir polimerin diğerinin varlığında sentezlendiği veya çapraz bağlandığı yapılardır (Bajpai ve diğ., 2008). IPN yi oluşturan iki polimerik örgünün birbiriyle uyumlu olması IPN oluşumunu arttırır, faz ayrımını engeller. IPN yapılar, ağ yapıyı oluşturan polimerlere ait yapısal karakteristikleri taşır (Chakrabarty, 1998). Bir IPN yapının; polimer karışımı, blok veya aşı yapıdan ayrılması için iki yol vardır: 1. IPN yapılar çözücü içinde çözünmeyip şişerler, 2. IPN lerin iç yapısının, materyal sünmesi ve akışını engellemesidir (Sperling ve Hu, 2003). IPN yapılar, kimyasal ve yapısal olarak iki gruba ayrılır (Bajpai ve diğ., 2008): Kimyasal olarak; ardarda (sequential) ve eş zamanlı (simultaneous) IPN ile yapısal olarak; tam (full), homo, yarı veya yalancı (semi or pseudo), latex ve termoplastik IPN şeklinde sınıflandırılır.

23 Ardarda gerçekleşen IPN sentezinin ilk basamağında, monomerlerden biri çapraz bağlayıcı varlığında pol,merleştirilerek 1. polimer ağı sentezlenir ve ardından bu çapraz bağlı yapı; ikinci monomer, bu monomerin başlatıcısı ve çapraz bağlayıcısı varlığında şişerken ikinci monomer polimerleştirilir. Eş zamanlı gerçekleşen IPN sentezinde ise; her iki monomer, bu monomerlere özgü olan polimerizasyon başlatıcıları ve çapraz bağlayıcıları varlığında farklı sentez yöntemleriyle (zincir ve basamak polimerizasyonu) eş zamanlı olarak polimerleştirilirler. İki polimerizasyon da eş zamanlı olarak ilerlerken, reaksiyon oranları nadiren eştir. Şekil 2.11 de ardarda ve Şekil 2.12 de eş zamanlı gerçekleştirilen IPN yapıya ait sentez şeması verilmektedir (Sperling ve Hu, 2003). Şekil 2.11: Ardarda gerçekleştirilen IPN yapıya ait sentez şeması. Şekil 2.12: Eş zamanlı gerçekleştirilen IPN yapıya ait sentez şeması. Tam-IPN ler her iki polimerin çapraz bağlanmış olduğu yapılardır. Tam-IPN yapının özel bir türü olarak kabul edilen homo-ipn sentezinde her iki polimer de aynıdır. Yarı- IPN sistemlerde, polimerlerden biri çapraz bağlı iken, diğeri lineer ya da dallanmış yapıdadır. Termoplastik IPN ler fiziksel çapraz bağların kimyasal çapraz bağlardan daha çok olduğu IPN türleridir. Lateks IPN ler; çekirdek-kabuk yapısını gösteren lateks

24 parçacıkları şeklinde elde edilen yapılardır (Bischoff ve Cray, 1999). Tam-IPN ve yarı- IPN yapılar Şekil 2.13 de gösterilmiştir (Bajpai ve diğ., 2008). Şekil 2.13: Tam-IPN ve yarı-ipn yapının şematik gösterimi. Kitosan, kitin, jelatin gibi doğal polimerler ile poliakrilamid, poli(akrilik asit), poli(nizopropil akrilamid), poli(n-vinil pirolidon) gibi sentetik polimerler, IPN yapı oluşturmak için kullanılmaktadır (Ekici ve Saraydin, 2004). IPN ler; yapay implant, diyaliz membranlar, ilaç salım sistemleri ve yanık kapama (burndressing) gibi bazı önemli uygulama alanlarına sahiptir (Bajpai ve diğ., 2001). Hidrojel IPN ler, büyük bir potansiyele sahip olan umut verici ve çok yönlü malzemelerdir. IPN hidrojeller, birbirinden ayrı çapraz bağlı ağ yapılarla karşılaştırıldıklarında fiziksel dolaşıklıklardan (enteanglements) dolayı daha iyi bir mekaniksel yapıya sahip olabilmektedir (Padmanabh ve diğ., 2006). Özellikle, kontrollü salım sistemlerinde ilacın sabit hızda ve belirli bir periyotta salımı sağlanabilmektedir (Ekici ve Saraydin, 2004). Homopolimerler yalnız başına yapısal ve performans taleplerini karşılamayabilir. Bu yüzden, bir kompozit veya iki-üç farklı polimerden oluşan IPN yapı daha iyi bir yapı sağlayabilir (Changez ve diğ., 2003; Peppas ve diğ., 2000). 2.5.1.Karakterizasyon Metodları IPN lerin karakteristik özelliklerini belirlemek amacıyla, çeşitli analitik teknikler kullanılmaktadır. Bu ağ yapılı materyallerin tam olarak karakterize edilebilmeleri için, genellikle kimyasal, mekanik ve mikroskopik yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bunlar; statik ve dinamik mekanik analiz, diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC),

25 kızılötesi spektroskopi (IR), elektron mikroskobu, X-ışınları ve nötron saçılması gibi polimerik malzemeler için kullanılan geleneksel metotlardır (Sperling, 1985). 2.5.2.Morfolojik Karakteristikleri IPN malzemeler genellikle faz ayrımı gösterirler. Faz alanlarının boyut ve şekilleriyle karakterize edilen faz ayrımı derecesi, faz ara yüzey keskinliği ve faz sürekliliği derecesi morfolojinin inceleme alanını oluşturmaktadır. Spesifik morfoloji, malzemeyi fiziksel ve mekanik yönden incelemektedir. Bir malzemenin morfolojisi, polimerlerin birbiriyle kimyasal uyumluluğunun, ara yüzey geriliminin, polimerizasyon metodunun, çapraz bağlanma yoğunluğunun ve IPN bileşenlerinin kütle kesirlerinin bir sonucudur (Sperlink ve diğ., 1994). IPN bileşenlerinin uyumluluğu, morfoloji incelemesinde önemli bir faktördür. Daha uyumlu bileşenler, düşük boyutlarda faz alanlarına sahip ağ yapılar oluştururlar. Çapraz bağlanma yoğunluğu, IPN morfolojisinin incelenmesinde önemli bir faktördür. IPN komponentlerinden birinin çapraz bağlanma yoğunluğunun artmasıyla, ikinci polimer komponentinin faz alanı boyutu kısıtlanmaktadır. Morfoloji üzerinde çapraz bağlanma yoğunluğunun etkisini belirlemek için, faz ayrımının veya oluşan jelleşme derecesinin bilinmesi gerekir. İlk olarak faz ayrımı oluşuyorsa, faz alanları diğer bölgelere nazaran büyük olacaktır. Ancak, jelleşme faz ayrımından önce gerçekleşiyorsa faz alanları, çapraz bağların kısıtlayıcı etkisine bağlı olarak çok daha küçük olacaktır. IPN yapılar için polimerizasyon metodu da morfoloji incelemesinde önemlidir. Tam- IPN lerin sentezinde, iki ağ yapının aynı hızda oluşması gerektiği halde, bu durum gerçekleşmemektedir. Bunun bir sonucu olarak da; tam-ipn lerin morfolojileri, yarı- IPN bir malzemeninkinden daha karmaşık olabilmektedir. 2.6.KONTROLLÜ İLAÇ SALIM SİSTEMLERİ Klasik ilaç verme şekillerinin kullanımında görülen bazı aksaklıkların giderilmesi için uzun süren çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalardaki amaç, hastanın tedavisinin yanı sıra yaşam kalitesini arttırmaktır. Etkin madde dozunu azaltma, dozlama aralığını uzatma, yan ve zararlı etkilerden arındırma hatta ilacı hedef bölgeye gönderme

26 çalışmaları bu amaca yöneliktir. Bu doğrultuda, kontrollü salım sistemleri en iyi cevap veren sistemlerdir. Bütün ilaçların terapötik aralığı denilen ve minimum ile maksimum kan derişimi aralığını tanımlayan bir aralık vardır. İlaç, maksimum kan derişiminin üzerinde toksik etki gösterirken, minimum kan derişiminin altında ise kan konsantrasyonu etki için yetersiz olmaktadır. Geleneksel ilaç verme şekillerinde, etkin madde aniden salınmaktadır. Bu sistemlerde ilaç, kısa zamanda maksimum kan derişimi düzeyine ulaşır ve hemen plazma düzeyine düşmeye başlar. Bu kısa zaman, etken maddenin metabolize edilme, parçalanma veya etki alanından uzaklaşma hızına da bağlıdır. Bu yüzden geleneksel ilaçların ilacın yarı ömrüne bağlı olarak sık aralıklarla uygulanması gerekir. Bu şekilde hastanın günde birkaç kez ilaç alma gereksinimi, ilacın toksik düzeylere ulaşması ile bir takım yan etkilere karşı etkiyi, ilacı daha az sıklıkta ve daha az dozda alarak sağlamak üzere etken maddenin salım hızının yavaşlatılması yoluna gidilmiştir (Sen ve diğ., 2000; Sen ve Yakar, 2001; Tran ve diğ., 2011; Kılıçarslan, M., 1999). Geleneksel yöntemlerden farklı olan değiştirilmiş salım sistemleri (modified release systems), USP XXIV (U.S. Pharmacopeial) tarafından iki grup altında toplanmıştır: 1. Geciktirilmiş salım sistemleri (delayed release systems) 2. Uzatılmış salım sistemleri (extended release systems) Kontrollü salım sistemleri (controlled release systems) Sürekli salım sistemleri (sustained release/prolonged systems) Değiştirilmiş salım sistemleri adı altında tanımlanan değişik isimlerle ifade edilen ve etkin madde salımları birbirlerinden farklı olan başlıca sistemler ise şunlardır: Tekrarlanan doz içeren sistemler (repeat action systems): Uygulanan dozaj içerisinde etkin maddenin birden fazla (iki veya üç) dozu bulunmaktadır ve bu dozlar belirli zaman aralıklarında salınırlar.

27 Geciktirilmiş salım sistemleri (delayed release systems): Etkin maddenin sistemden salımı belirli bir bölgede olmaktadır ve genellikle yukarıda da belirtildiği gibi enterik kaplı tabletler için kullanılır. Sürekli salım sistemleri (sustained release systems): Bu sistemler içerdikleri etkin maddenin plazma ve doku seviyesini alışılmış salım sistemlerine göre çok daha uzun süre devam ettirebilmektedirler. Ancak sistem bulunduğu ortam şartlarından etkilendiği için salım mekanizmasını önceden belirlemek güçtür ve genelde hızı birinci dereceden kinetik ile uyumludur. Kontrollü salım sistemleri (controlled release systems): Bu sistemler salım hızlarının önceden planlanabilmesi ve sıfırıncı dereceden kinetikle etkin madde salımını gerçekleştirebilmeleri bakımından sürekli etkili sistemlerden önemli derece farklı davranışlar sergilemektedirler. Geleneksel ve kontrollü salım sistemlerinin salım profilleri Şekil 2.14 de gösterilmektedir (Bajpai ve diğ., 2008). Şekil 2.14: Geleneksel ve kontrollü salım sistemlerinin salım profilleri. Genelde kontrollü salım yapan sistemlerde şu özelliklerin bulunması gereklidir:

28 Sabit etkin madde düzeyi ve buna bağlı olarak ilacın etkisinin sürekli olabilmesi için, önceden belirlenen hızda, istenilen süre kadar etkin madde salımı gerçekleştirilebilmelidir. İlacın etkisini lokalize etmek için, kontrollü salım yapan sistemlerin hastalıklı dokuya yerleştirilebilir olması gerekebilir. Uygun taşıyıcıların kullanımı ile etkin maddenin hedef bölgelere ulaştırılması söz konusu olabilir. İlaç salımı yapan sistemin kontrollü salım sağlayan bir sistem olduğunu söyleyebilmemiz için bu üç özellikten en az birini taşıması gerekmektedir. Bu özellikler de göz önüne alınarak kontrollü salım yapan sistemler; sistemik dolaşım ya da hedef bölgede, planlanan terapötik derişime ve etken maddenin farmokinetik özelliklerine göre önceden tasarlanan hızda etken maddeyi salan sistemlerdir şeklinde tanımlanabilir. Tanımdan da anlaşıldığı gibi kontrollü salım yapan sistemleri sürekli etkili diğer sistemlerden ayıran özelliği, etken madde salımının önceden planlanmasıdır. 2.6.1.Kontrollü Salım Sistemlerinin Avantaj ve Dezavantajları Kontrollü salım sistemlerinin alışılmış ilaç şekillerine kıyasla bazı avantaj ve dezavantajları mevcuttur. Kontrollü salım yapan sistemlerin avantajları şöyle sıralanabilir (Ritschel, 1989; Gürsoy, A.Z., 2002): Alışılmış dozaj şekillerinde ilacın plazma düzeyini etkili dozda tutabilmek için ilacın sık sık alınması gerekmektedir. Fakat kontrollü salım sistemlerinde belirli bir doz alındıktan sonra etkin madde plazma düzeyi istenilen süre sabit kalır. Böylece, sürekli olarak terapötik aralıkta kalan ve bu bölgedeki iniş/çıkışları minimize edilen bir madde salımı sağlanır. Plazmanın etkin madde düzeyi değişmediği için de, başarılı bir tedavi oldukça düşük bir doz ile sağlanabilir. Ayrıca, hastanın sıklıkla ilaç alma gereksinimi ortadan kalkar. Kullanılan toplam etkin madde miktarının az olması dolayısıyla etkin maddenin yan ve toksik etkileri minimuma iner veya tamamen ortadan kalkar. Özellikle anti kanser ilaçlarda bu etki çok belirgindir.

29 Kontrollü salım sistemi ile verilen etkin madde, kapalı bir sistemde olduğu için bulunduğu ortam koşullarından etkilenmez. Böylece, in vivo yarılanma ömrü kısa olan etkin maddelerin parçalanması önlenir ve yarılanma ömrü uzatılmış olur. Etkin madde, tedavisi istenen bölgeye, organa, dokuya veya hücreye hedeflendirilebilir. Bu sayede kullanılan etken maddenin sistemik yan etkileri ve kullanım dozu azaltılmış olur. Geleneksel yöntemlerdeki gibi günde birkaç kez ilaç alma gereksinimi ortadan kalkmakta, dozların sayısı ve sıklığı azalmakta, hastanın gece ilaç alımı ya da ilaç almayı unutması gibi durumların önüne geçilebilmektedir. Çoğu kez hasta kendi bakımını sürdürebilir. Özellikle az gelişmiş bölgelerde kontrollü salım sistemlerinin kullanımı, tedavinin kolay ve düzenli olmasını sağlar. Kontrollü salım yapan sistemlerin dezavantajları şöyle sıralanabilir (Ritschel, 1989; Gürsoy, A.Z., 2002): Tedavi sırasında herhangi bir sebeple tedavinin kesilmesi düşünüldüğünde geleneksel ilaç verme şekillerinde olduğu gibi bu tedaviyi hemen kesmek mümkün olmamaktadır. Özellikle implantlar ancak ikinci bir cerrahi işlemle çıkartılabilmektedir. Oral olarak alınanlarda bile ilacın salım süresi uzun olduğu için tedavinin kesilmesi zaman almaktadır. Bu sistemlerde kullanılan polimerlerin kendisi veya parçalanma ürününün toksik etki veya biyolojik uyuşmazlık gösterme ihtimali mevcuttur. Doz seçimi sınırlıdır. Genelde bu sistemler; kırılmazlar, toz haline getirilemezler ve suda çözünmezler. Bu nedenle de belirli bir dozda hazırlanan tek bir ilaç şeklinin bazı geleneksel ilaç verme şekillerinde olduğu gibi kişiye göre daha alt birimdeki dozlara bölünmesi mümkün olmayabilir. Formülasyonlarda kullanılan etken madde dozu yüksek olduğundan kullanım sırasında herhangi bir sebeple (ilacın mekanik mukavemetsizliği, ilacın çiğnenmesi,

30 ezilmesi, alkolle alınması vb.) hızlı bir salım olduğunda etken madde miktarı vücutta toksik düzeylere ulaşabilir. Formülasyonların geliştirilmesi ve üretimi, diğer ilaç verme şekillerine göre daha pahalıdır. Her ilacın kontrollü salım sistemi hazırlanamayacağı gibi, her ilaca uygun tek bir hazırlama yöntemi de yoktur. Kullanılan etkin maddenin yapısına ve özelliklerine göre hazırlama yöntemi belirlenir. Örneğin, dozu fazla olan etkin maddelerin (sülfonamitler) kontrollü salım sistemi hazırlanamaz. Aynı şekilde yarılanma ömrü çok kısa olan ilaçlar ( 1 saat, penisilin G ve furoyarıt gibi) için uygun bir dozaj şekli değildirler. Yarılanma ömrü çok uzun olan ilaçlarında ( 12 saat, diazepam, fenitoin) zaten kontrollü salım şeklini hazırlamaya gerek yoktur. Yarılanma ömrü 4 saat olan ilaçlar en uygun olanlarıdır. Ayrıca, biyolojik etkileri uzun süren, yani yarılanma ömürleri kısa ama etkileri uzun süre devam eden ilaçlar için de ideal sistemler değildirler. 2.6.2.Kontrollü İlaç Salımı Yapan Polimerik Sistemlerin Sınıflandırılması Kontrollü salım yapan sistemler genel olarak aşağıdaki şekilde sınıflandırılmaktadır (Bajpai ve diğ., 2008; Pişkin ve diğ., 1989): 1) Diffüzyon kontrollü sistemler a) Membran (rezervuar) sistemler b) Matris (monolitik) sistemler 2) Kimyasal kontrollü sistemler a) Vücutta aşınan sistemler b) Zincire takılı sistemler 3) Çözücünün harekete geçirdiği sistemler a) Ozmotik kontrollü sistemler b) Şişme kontrollü sistemler 4) Modüle edilmiş sistemler Yukarıda sınıflandırılan bu sistemler Şekil 2.15 de gösterilmektedir (Bajpai ve diğ., 2008). Çoğu ilaç salım araçları bir kombinasyon mekanizması ile yapılmaktadır. Şekil

31 2.15 de görüldüğü gibi difüzyon kontrollü sistemlerde polimerik şebekede bir değişiklik olmaksızın ilaç salımı gerçekleşmektedir. Şişme kontrollü sistemlerde polimerik şebeke su alarak genişler ve ilaç molekülleri, şişmiş yapıdan salınır. Kimyasal kontrollü sistemlerde ise salım, polimer şebekenin bozunmasıyla gerçekleşmektedir. Şekil 2.15: Polimer matristen kontrollü ilaç salımı sağlanan mekanizmaların şematik gösterimi. 2.6.2.1.Diffüzyon Kontrollü Sistemler 1. Membran (Rezervuar) Sistemler Membran sistemlerde etken madde, şişen veya şişmeyen polimer filmle çevrili bir rezervuar (depo) içine koyulur. Polimerden etken maddenin difüzyonu, hızı sınırlayan ve kontrol eden basamaktır. Bu sistemlerin en önemli avantajı, salımın sıfırıncı derece kinetiğe başka bir deyişle serbest salım hızına kolaylıkla ulaşabilmesidir. Ancak bu sistemler genellikle vücutta parçalanmaz, dolayısıyla kullanımdan sonra cerrahi işlemle uzaklaştırılmaları gerekir. Ayrıca insülin gibi büyük moleküllü ilaçların uzun süreli salımı için uygun değildirler ve membranda oluşabilecek çatlak veya yırtılmalar, etken maddenin yerel olarak aşırı yüklenmesine neden olur (Kılıçarslan, M., 1999). Şekil 2.16 da rezervuar sistemlerden ilaç salımı görülmektedir (Çetin, 2006).

32 Şekil 2.16: Diffüzyon kontrollü membran sistemlerin şematik görünümü. Membranlar yapılarına göre, genellikle iki gruba ayrılırlar: Gözeneksiz (Homojen) Membranlar Gözenekli (Heterojen) Membranlar Homojen membranlardan etken madde diffüzyonunda, ilaç önce membran yapısında çözünür, daha sonra konsantrasyonun yüksek olduğu bölümden düşük olduğu yöne doğru polimer molekülleri arasından diffüze olur. Gözenekli membranlarda ise transfer tamamen farklıdır. İlaç genellikle polimer matrisle etkileşmez, yapıdaki gözenekler içinden diffüze olarak membranı geçer. 2. Matris (Monolitik) Sistemler Matristen diffüzyonla salım yapan sistemlerde etkin madde inert bir matris (genellikle polimerik yapı) içerisinde çözündürülmüş veya dağıtılmış durumdadır. Bu nedenle etkin maddenin salımı bu matris içerisinden olmaktadır. Genellikle tablet şeklinde hazırlanır ve homojen (gözeneksiz) bir matris oluşur (Orhan, 2004). Membran sistemlerde olduğu gibi burada da salım hızını kontrol eden basamak, etken maddenin polimer matris içindeki diffüzyonudur. Matris sistemlerin yapımı membran sistemlere göre her ne kadar kolay ve ucuz olsa da ilacın polimer yapıda dağılımı nedeniyle genellikle sıfırıncı derece salım kinetiğine ulaşılamaz (Siegel ve Firestone, 1988). Böyle bir matristen önce yüzeye yakın, dolayısıyla salımı için gitmesi gereken yolu kısa olan etken madde molekülleri salınır. Daha sonra matrisin derinlerindeki, gitmesi gereken yolu uzun olan moleküller diffüze olur. Şekil 2.17 de matris sistemlerden ilaç salımı görülmektedir (Özgarip, 2004).

33 Şekil 2.17: Difüzyon kontrollü matriks sistemlerin şematik görünümü. Matris sistemlerde sıfırıncı dereceden kinetiğe, dolayısıyla sabit salım hızına ulaşılması için matrisin özel geometrik şekillerde hazırlanması düşünülmüştür. En iyi sonuçlar, yalnızca iç yüzeyinden salımın gerçekleştiği silindirik bir elemanda ve yalnız merkezinde küçük bir bölümü salım için bırakılmış, diğer yüzeyleri etken maddeyi geçirmeyecek şekilde kaplanmış bir yarı küre ile elde edilmiştir (Kılıçarslan, M., 1999). 2.6.2.2.Kimyasal Kontrollü Sistemler 1. Vücutta Aşınan Sistemler Bu sistemde etken madde, matris sistemde olduğu gibi polimer içinde dağıtılmıştır. Ancak matris sistemlerde salım süresince polimer faz değişmeden kalıp ilaç diffüzyon ile salınırken, vücutta aşınan sistemlerde polimer faz zamanla erozyona uğrayarak azalır ve vücut tarafından absorblanıp atılır. Bu sebeple, sistemin en önemli avantajı, cerrahi müdahale ihtiyacını yok etmesidir (Bajpai ve diğ., 2008). Bunun yanı sıra, küçük boyutta olmaları ve düşük maliyete sahip olması diğer avantajlarıdır. Ancak parçalanma ürünleri toksik, immünojenik veya kanserojen olmamalıdır. İdeal durumda etken maddenin salımını yalnızca yüzey aşınması kontrol eder. Polimerin vücuttaki aşınma kinetiği biliniyorsa bu sistemler matematiksel olarak tanımlanabilir. Ancak pratikte polimerin aşınması yanı sıra etken maddenin diffüzyon ile salımı da söz konusu olunca salımın yorumlanması güçleşmektedir. Pratikte yalnızca yüzey aşınmasının gözlendiği ideal ilaç salım sistemleri çok az sayıdadır. Kontrollü salım uygulamalarında, vücutta aşınan cerrahi iplikler gibi vücutta reaksiyon vermeyen biyolojik uygunluğu yüksek polimerler kullanılır. Şekil 2.18 de vücutta aşınan sistemlerden ilaç salımı görülmektedir (Çetin, 2006).

34 Şekil 2.18: Vücutta aşınan sistemlerden ilaç salımı. 2. Zincire Takılı Sistemler Bu sistemlerde etken madde, polimer zincirine kimyasal olarak bağlanmıştır ve bu bağın hidrolitik veya enzimatik olarak kopması ile etken madde salınmaktadır. Bu tür polimer-etken madde bileşimleri zehirlenmeyi azaltmak, tedavi etkinliğini arttırmak veya etken maddeyi belirli bir hücre ya da organa hedeflemek amacıyla kısa süreli uygulamalarda kullanılmaktadır. Zincire takılı sistemlerin diğer kontrollü salım sistemlerine göre bir üstünlüğü, sistemin ağırlıkça % 80'inin etken madde olmasıdır. Şekil 2.19 da zincire takılı sistemlerden ilaç salım mekanizması görülmektedir (Arslan, 2006). Şekil 2.19: Zincire takılı sistemlerden ilaç salımı.

35 2.6.2.3.Çözücünün Harekete Geçirdiği Sistemler 1. Şişme Kontrollü Sistemler Şişme kontrollü sistemlerden etken maddenin salımı, polimerin bir çözücü varlığında camsı durumdan kauçuğumsu duruma geçişi ve bu durumda ortaya çıkan makro moleküler gevşeme sonucu gerçekleşir. Şişme kontrollü sistemlerde etken madde polimer çözeltisi içinde çözünmüş veya dağıtılmış olabilir. Çözücünün uzaklaştırılmasıyla çözücüsüz camsı polimer matris elde edilir. Bu katı fazda etken maddenin diffüzyonu göz önüne alınmayacak boyutlardadır. Ancak çözünme ortamında çözücünün matris içine girişi ile polimer şişer ve camsı geçiş sıcaklığı ortam sıcaklığının altına düşer. Bu durumda şişmiş polimer, kauçuğumsu halde olup, etken maddenin diffüzyonuna imkan sağlamış durumdadır. Denge durumundaki kauçuğumsu sistemde diffüzyon Fick kanununa uyar. Ancak şişme kontrollü sistemlerde, salım sırasında bir yandan da şişme devam ettiğinden diffüzyon Fick kanununa uymayabilir. Şişmenin neden olduğu camsı ve kauçuğumsu bölgeleri ayıran hareketli yüzeyin yakınındaki jelimsi bölgede görülen makro moleküler gevşeme ve salım ortamının polimer içindeki derişimi bu tür sistemlerde salım hızını kontrol eder. Şekil 2.20 de şişme kontrollü salım sistemlerinden ilaç salımı görülmektedir (Demirkol, 2006).

36 Şekil 2.20: Şişme kontrollü salım sistemlerinden ilaç salımı, D: ilaç molekülü. 2. Ozmotik Kontrollü Sistemler Ozmotik kontrollü ilaç salım sistemlerinde etken madde yarı geçirgen bir membran içerisindedir. Genellikle etken madde konsantrasyonu doygunluk sınırının üstündedir. Ozmotik sistem, su veya biyolojik sıvı ile temas ettiğinde, su yarı geçirgen membranın gözeneklerinden içeriye girmekte, etken maddeyi çözmektedir. Etken maddenin çözünmesiyle oluşan hidrostatik basınç nedeni ile etken madde sistemden dışarıya salınmaktadır. Bu sistemde etken madde membrandan diffüze olamamakta, sistem yüzeyinin uygun bir yerinde lazer ile açılan delikten salınmaktadır. Ozmotik kontrollü sistemlerde, etken madde salımı genellikle sıfırıncı dereceden kinetikle gerçekleşmektedir ve yalnızca osmoz olayı ile kontrol edilmektedir (Kılıçarslan, 1999; Pişkin ve diğ., 1989). Şekil 2.21 de ozmotik kontrollü salım sistemlerinden ilaç salımı görülmektedir (Çetin, 2006).

37 Şekil 2.21: Ozmotik kontrollü salım sistemlerinden ilaç salımı. 2.6.2.4.Modüle Edilmiş Sistemler Bu sistemlerde, ilaç salımı; sıcaklık (Rim ve diğ., 2001), ph (Gupta ve Ravi Kumar, 2000; Kim ve diğ., 2002A), manyetik (Tetraj ve diğ., 2003) ve elektriksel alan (Kim ve diğ., 2002-A) gibi dış etkenler ile kontrol edilebilir. 2.7. ÇALIŞMADAKİ YARI-IPN JELLERİN HAZIRLANMASINDA KULLANILAN BİYOPOLİMER VE MONOMERLERİN ÖZELLİKLERİ 2.7.1.Kitosan (CS) Kitin, selülozdan sonra dünyada en yaygın ve bol olarak bulunan ikinci biyopolimerdir. Yengeç, karides gibi kabuklu su ürünlerinin ana bileşeni olup, böceklerin iskeletinde ve mantarların hücre duvarlarının yapısında da bulunmaktadır. Kitinin birçok türevi bulunmakla beraber, bunlar arasında en önemlisi kitosandır. Kitosan, ilk kez 1811 yılında Henri Bracannot tarafından keşfedilmiştir (Demir ve Seventekin, 2009). Bracannot, mantarlarda bulunan kitini sülfürik asitte çözmeye çalışmış, ancak başarılı olamamıştır. 1894 de Hoppe-Seyler (Demir ve Seventekin, 2009), kitini potasyum hidroksit içerisinde 180 ºC de işleme sokmuş (deasetilasyon) ve asetil içeriği azaltılmış bir ürün olan kitosan ı elde etmiştir. Lineer bir polisakkarit olan kitosan (CS), β-(1,4)- D-glukozamin ve N-asetil-Dglukozamin ünitelerinden oluşan bir yapıda olup, kitinin alkalin deasetilasyonu ile elde edilmektedir (Bhattarai ve diğ., 2009). Şekil 2.22 de kitosanın kimyasal yapısı görülmektedir (Bhattarai ve diğ., 2009).

38 Şekil 2.22: Kitosanın kimyasal yapısı. Kitin ve kitosan polisakkaritleri, kimyasal olarak selüloza benzemekle beraber kendi aralarında bir takım farklılıklar göstermektedir. Selülozda, ikinci karbon atomuna bağlı hidroksil (-OH) grubu bulunurken, kitinde asetamid (-NHCOCH 3 ), kitosanda ise amin (- NH 2 ) grubu bulunmaktadır. Kitosan, her tekrarlayan birimdeki primer (C-6) ve sekonder (C-3) hidroksil grupları ile amin (C-2) grubu olmak üzere toplam üç tane reaktif gruba sahiptir. Bu reaktif gruplar kolayca kimyasal modifikasyona uğrayabilmekte ve kitosanın mekaniksel ve fiziksel özellikleri ile çözünürlüğünü değiştirmektedir (Demir ve Seventekin, 2009). Kitosan, asetik asit çözeltisi içerisinde, yapısındaki serbest -NH 2 gruplarının NH +- 3 OOC-CH 3 yapısına dönüşmesi sonucu kitosonyum asetat şeklinde çözünmektedir (Şekil 2.23). Kitosanın asetik asitte çözünmesi sırasında, asetik asit, N- asetil (-NH-CO-CH 3 ) gruplarına etki etmemekte, sadece -NH 2 grupları ile reaksiyon vermektedir (Garrido ve diğ., 2007).

39 Şekil 2.23: Asetik asitte çözünmüş kitosanın açık formülü. 2.7.1.1. Kitosanın Üretim Yöntemleri Kabuklu deniz ürünleri atıklarından kitosan üretimi, 4 adımda gerçekleşmektedir (Elibol, 2008): I- Mineral giderimi (demineralizasyon, DM) II- Protein giderimi (deproteinizasyon, DP) III- Gerektiği durumda renk giderimi (dekolorizasyon) IV- Asetil uzaklaştırılması (deasetilasyon, DA) Bunlardan ilk üç adımda kitinin izolasyonu gerçekleşmektedir ve DM-DP işlem sırası değiştirilebilir. Dördüncü adımda ise kitinin kitosana dönüşümü gerçekleşmektedir. Bunun için de klasik olarak kitinin derişik NaOH veya KOH ile muamelesinden faydalanılmaktadır. Genellikle %40-50'lik NaOH çözeltisi ile kitin, 100 ºC veya daha yüksek sıcaklıklarda; 30 dakika veya daha uzun süre ile işleme sokulur ve bu esnada polimerden asetil gruplarının tamamı veya bir kısmı uzaklaştırılmış olur. Kitinden kitosana geçiş reaksiyonu kimyasal yöntemin yanı sıra enzimatik olarak da kitin deasetilaz enziminin yardımıyla gerçekleştirilebilmektedir. Deasetilasyon derecesini etkileyen birçok kritik faktör vardır. Bunlardan en önemlileri, sıcaklık, deasetilasyon süresi, baz konsantrasyonu, kitine uygulanan ön işlemler, kitin/baz oranı ve partikül büyüklüğüdür. Tüm bunlar göz önüne alındığında, deasetilasyon işleminin asıl amacı, bozunmayan ve en kısa sürede seyreltik asetik asit içinde çözünebilen kitosanın hazırlanmasıdır.

40 2.7.1.2. Kitosanı Karakterize Eden Bazı Özellikler Kitosanın özelliklerine etki eden parametreler aşağıda sıralanmıştır. Çözünürlük Kitin, çok sayıdaki molekül içi ve moleküller arası hidrojen bağları ile yarı kristalin yapıda bir polimerdir. Bu sebeple sık kullanılan çözücülerde çözünemez ve sadece %5-8 LiCl içeren hekzafloroaseton ya da N,N-dimetil asetat gibi özel çözücülerde çözünür (Elibol, 2008). Kitosan ise katyonik yapısı sayesinde ph<6 ortamında bazı çözeltilerde kolayca çözünebilmektedir. Diğer yandan, kitosanın inorganik asitler içerisindeki çözünürlüğü oldukça düşüktür. Kitosanın çözünmesi amacıyla genellikle asetik asit, formik asit ve laktik asit gibi organik asitler kullanılmaktadır (Elibol, 2008; Demir ve Seventekin, 2009). Hidroklorik asit ve nitrik asit gibi bazı mineral asitlerde de çözünme gerçekleştirilebilir ama fosforik asit ve sülfirik asidi çözücü olarak kullanmak uygun değildir (Rao ve Stevens, 2005; Kurita, 2006). Bunlar arasında en çok kullanılan çözücü asetik asittir. Kitosanın çözünürlüğü, çoğunlukla N-asetilasyon derecesine (veya deasetilasyon derecesine), asetil gruplarının dağılımına, ph ve iyonik güç (Anthonson ve diğ., 1993) ile sıcaklık, deasetilasyon süresi, baz konsantrasyonu, kitosanın izolasyon öncesindeki ön işlemleri, kitin-baz çözeltisi oranı ve partikül boyutuna bağlıdır (Hejazi ve Amiji, 2003). Ancak, çözünürlük deasetilasyon derecesi ile kontrol edilebilmektedir. Kitosandaki amino grubunun pka değerinin 6.2-7.0 civarında olması, kitosanın düşük ph değerlerinde bir polielektrolit olmasını sağlar (Hejazi ve Amiji, 2003). Bu yüzden, nötral ve alkalin ph larda çözünmez. Fakat, inorganik ve organik asitlerle (hidroklorik asit, asetik asit, glutamik asit, laktik asit vb) tuz oluşturur. Asidik ortamda, kitosanın amin grupları protone olmaktadır. Deasetilasyon derecesi (DD) Deasetilasyon prosesi, kitinin molekül zincirindeki asetil gruplarının uzaklaştırılması işlemidir. Kitosan ya D-glukozamin gruplarına tekabül eden deasetilasyon ya da N- asetilamin gruplarının karşılığı olarak asetilasyon derecesi ile karakterize edilir.

41 DD tüm fizikokimyasal özellikler üzerinde etkili olduğundan kullanım alanını da doğrudan belirleyen oldukça önemli bir parametredir. Genellikle %60 ve daha yukarı olan değerlerdeki kitin, kitosan olarak kabul edilebilmektedir (Knaul ve diğ., 1999; Vilchez ve diğ., 2005). Ancak kitosan için DD değeri elde edildiği kaynak ve üretim yöntemine bağlı olarak %56 ile %99 arasında değişebilmektedir. Kitosanın deasetilasyon derecesinin belirlenmesi için elemental (C,H,N) analiz (Don Santos ve diğ., 2009; Milosavljevic ve diğ., 2010), potansiyometrik titrasyon (Milosavljevic ve diğ., 2010; Vieria ve Beppu, 2006); Jiang ve diğ., 2003), kondüktometrik titrasyon (Alvarenga ve diğ., 2010; Don Santos ve diğ., 2009), FT-IR spektroskopisi (Baskar ve Kumar, 2009), 1 H NMR spektrometrisi (Alvarenga ve diğ., 2010), asit-baz titrasyonu (Zhou ve diğ., 2003; Milosavljevic ve diğ., 2010), First-Derivative UVspektrofotometre (Wu ve Zivanovic, 2008) gibi birçok metot kullanılmaktadır. Molekül ağırlığı Doğal kitinin molekül ağırlığı genellikle 1000 kda dan daha büyükken, ticari kitosanın molekül ağırlığı (kalite ve üretim prosesine bağlı olarak) 100 ile 1200 kda arasında olabilmektedir. Kitin ve kitosanın molekül ağırlığı, elde edildiği kaynağa ve özellikle deasetilasyon koşullarına (sıcaklık, zaman ve NaOH konsantrasyonu) bağlı olarak değişmektedir. Ortamda bulunan çözünmüş oksijen, kitosanın parçalanmasına neden olmakta ve molekül ağırlığını düşürmektedir. Diğer yandan, çok yüksek sıcaklıklar da kitosanın molekül ağırlığına olumsuz etki etmektedir. Örneğin, 280 o C ve üzerindeki sıcaklıklarda kitosan parçalanmaya başlamakta, polimer zinciri kopmakta ve böylece molekül ağırlığı düşmektedir. Molekül ağırlığının belirlenmesinde jel permeasyon kromatografisi (Demir ve Seventekin, 2009), ışık saçılma spektroskopisi (Demir ve Seventekin, 2009) ve viskozimetrik yöntemler (Kasaai ve diğ., 2000; Kasaai, 2008-A) gibi çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Viskozite Kitosan çözeltisinin viskozitesi, deasetilasyon derecesi, molekül ağırlığı, iyonik kuvvet, ph ve sıcaklık gibi birçok faktör tarafından etkilenir. Deasetilasyon derecesinin artması ile viskozite artar. Yüksek ve düşük deasetilasyon derecesine sahip kitosan, sulu

42 çözeltide farklı konformasyonlara sahiptir. Deasetilasyon derecesi yüksek olan kitosan, moleküldeki yük itmesinden dolayı, daha esnek bir zinciri olan genişletilmiş bir konformasyona sahiptir. Buna rağmen, deasetilasyon derecesi düşük olan kitosan molekülü, polimer zincirindeki düşük yük yoğunluğundan dolayı, çubuğa benzer veya sarmal (coil) şekildedir. Kitosanın viskozitesi, konsantrasyon ve sıcaklıktan da etkilenir. Kitosan konsantrasyonu artar veya sıcaklık azalırsa, viskozite artar (Hejazi ve Amiji, 2003). Kitosanın viskozitesi, molekül ağırlığıyla çok ilgilidir. Molekül ağırlığı yüksek olan kitosanın viskozitesi, molekül ağırlığı düşük olana göre daha yüksektir. Yapılan birçok çalışma, fiziksel ve kimyasal işlemlerin viskoziteyi etkilediğini göstermektedir. Örneğin, öğütme süresinin artması, ısıtma, otoklavlama, ultrasonik ve ozonasyon gibi işlemlerle viskozitenin azaldığı ve ayrıca deproteinizayon süresinin 0 dan 30 dakikaya çıkarılmasıyla viskozitenin 248 cp dan 32 cp a düştüğü belirtilmiştir (No ve diğ., 2003). Viskozite, demineralizasyon süresinin artmasıyla düşmektedir. Yaklaşık 4 o C de depolanan kitosan çözeltisinin, viskozite açısından en iyi stabiliteyi gösterdiği görülmüştür (Demir ve Seventekin, 2009). Renk Kabuklu deniz hayvanlarının yapısındaki pigment, kitin ile kompleks oluşturmaktadır. Toz halindeki kitosan, oldukça yumuşak olup rengi açık sarıdan beyaza kadar çeşitli tonlarda değişebilmektedir. Kitinden kitosan eldesi esnasında renk giderilmesi aseton ile ekstraksiyon ve ardından % 0.3 NaOCl ile oda sıcaklığında yapılan 5 dak işlem sonunda gerçekleşmektedir. Çeşitli literatürlerde, renk giderme işlemi için alternatif olarak; KMnO 4, NaHSO 3, Na 2 S 2 O 4 veya H 2 O 2 gibi kimyasalların da kullanılabileceği ifade edilmektedir (Demir ve Seventekin, 2009). 2.7.1.3. Kitosanın Kimyasal ve Biyolojik Özellikleri Kitin ve kitosan, non-toksik, biyouyumlu ve biyobozunurdur. Selülozdan farklı olarak, amino polisakkaritler ilginç biyolojik, fizyolojik ve farmakolojik özellikler gösterir. Yara iyileşmesinde, hemostatik aktivitede, immun yanıt arttırımında, hipolipidemik aktivitede, mukoadezyonda ve antimikrobiyal aktivitede önemli uygulamaları vardır

43 (Elibol, 2008). Kitosan aynı zamanda, gen aktarımında, hücre ve doku kültürü çalışmalarında destek malzeme olarak kullanılmaktadır (Kurita, 2001; Kurita, 2006). Kitosanın kimyasal ve biyolojik özellikleri Tablo 2.4 de özetlenmiştir (Hejazi ve Amiji, 2003). Tablo 2.4: Kitosanın kimyasal ve biyolojik özellikleri. Kitosanın kimyasal özellikleri Kitosanın biyolojik özellikleri Katyonik poliamin ph< 6.5` te yüksek yük yoğunluğu Negatif yüklü yüzeylere yapışma Polianyonlarla jel oluşturma Yüksek molekül ağırlıklı lineer polielektrolit Düşük ve yüksek viskozite değerleri Geçiş metalleri ile şelat oluşturma Kimyasal modifikasyonlara yatkın Reaktif amino ve hidroksil grupları Biyouyumlu Doğal polimer Normal vücut bileşenlerine biyobozunabilir Güvenli ve non-toksik Hemostatik, bakteriostatik ve fungistatik Spermatisid Antikanserojen Antikolesterol Pahalı değil Çok yönlü 2.7.1.4. Kitin, Kitosan ve Türevlerinin Uygulama Alanları Kitin, kitosan ve türevleri olarak medikal ve gıda alanları başta olmak üzere çeşitli alanlarda kullanım yeri bulmuştur. Özellikle medikal alanda son zamanlarda kitosan temelli yara iyileştirme elbiseleri üstüne çalışmalar artmaktadır. Kitin ve kitosan türevlerinin elde edilmesinin kolay bir işlem olmasından dolayı çok farklı kompozisyonlardaki kitin ve kitosan ilaç taşıma sistemlerinde ve kontrollü ilaç salımlarında kullanım yeri bulmuştur. Kitosan tabletleri ve/veya fiberleri diyet ürünü olarak kullanılabilmekte ve yağların vücutta metabolize olmadan dışarı atılmasını sağlamasıyla zayıflama ürünü olarak kullanılmaktadır. Bu özelliği ile aynı zamanda kolesterol seviyesini de düşürdüğü görülmüştür (Kumar, 2000). Kitin, kitosan ve türevlerinin bakteri, maya ve küflere karşı antimikrobiyal aktivitesi mevcuttur. Kitosan ph 6.0 dan daha düşük ph larda çözünür şelatlaştırma aracı olma özelliği ile kitine göre daha iyi bir antimikrobiyal ajandır (Elibol, 2008). Tablo 2.5 de

44 kitin, kitosan ve türevlerinin uygulama alanları gösterilmiştir (Demir ve Seventekin, 2009). Tablo 2.5: Kitin, kitosan ve türevlerinin uygulama alanları. Uygulama Alanı Su arıtımı Ziraat Biyoteknoloji Gıda Kozmetik Medikal alan Spesifik Kullanımları Kirlenmiş atık sular için koagülasyon ve flokülasyon Atık sudaki metal iyonlarının uzaklaştırılması ve geri kazanımı Bitki katkı maddesi Antimikrobiyal madde Bitki tohumu kaplanması Gübre yapımı İnsektisid ve nematositlerde Kromatografik yöntemlerde Enzim immobilizasyonunda Doğal kıvamlaştırıcı Hayvan yemlerini de içeren yiyecek katkı maddesi Yiyecek işleme (örneğin şeker işleme) Filtreleme ve temizleme Hipokolestrolemik madde (zayıflama maddesi) Atık yiyeceklerin tekrar işlenmesi Saç şekillendirici yapımı Cilt nemlendirme (nemlendirici kremlerde) Antikolestrol ve yağ bağlayıcı olarak zayıflama maddesi Traş sonrası losyon, deodorantlarda koku giderici madde Hayvan ve insanlar için yara bandı yapımı Sargı bezi yapımı ve yara tedavisi (yara tedavisini % 30 oranında hızlandırmaktadır) Yanık tedavisinde acıyı dindirme ve iyileştirme etkisi Kanı pıhtılaştırıcı madde Hidrojel yapımı Antikoagülant ve antitrombojenik materyallar (sülfatlanmış-kitin türevler olarak) Hemostatik madde Kontakt lens yapımı İlaç salımı 2.7.1.5. Kitosan Hidrojellerinin Sınıflandırılması Kitosan hidrojelleri, kimyasal ve fiziksel hidrojeller olarak sınıflandırılabilir. Kimyasal hidrojeller, tersinir olmayan kimyasal bağlarla bağlanmış ve kovalent olarak çapraz bağlı kitosan hidrojelleridir. Fiziksel hidrojeller ise çeşitli tersinir bağlarla şekillenmiştir. Bunlar, iyonik etkileşimler (iyonik çapraz bağlı hidrojeller ve polielektrolit kompleksler) ve ikincil etkileşimlerdir (kitosan/poli(vinil alkol) kompleks hidrojeli, graft kitosan hidrojeli ve dolaşık (entangled) hidrojellerdir) (Berger ve diğ., 2004).

45 1. Kovalent çapraz bağlı kitosan hidrojeli Kovalent çapraz bağlı kitosan hidrojelleri yapılarına göre üçe ayrılır: Kendi kendine çapraz bağlanmış kitosan, hibrit polimer ağ yapısı (HPN) ve yarı- veya tam-ipn (interpenetrating polymer networks). Bu yapılar Şekil 2.24 (a, b, c) de gösterilmektedir. En basit yapı kitosanın kendi kendine bağlandığı yapıdır, şekilde görüldüğü gibi, çapraz bağlanma aynı kitosan polimerik zincirine bağlı olan veya olmayan iki yapısal ünite arasında olmaktadır. HPN de çapraz bağlanma, kitosan zincirine ait yapısal bir ünite ile diğer bir polimerin yapısal bir ünitesi arasında olmaktadır. Yarı- veya tam-ipn lerde çapraz bağlanma öncesi kitosana reaktif olmayan bir polimer eklenir. Böylece reaktif olmayan polimer, çapraz bağlı kitosan ağında hapsolur (yarı-ipn). Bu ilave edilmiş polimerin daha da çapraz bağlanması mümkündür, böylelikle yarı-ipn den tamamen farklı olan iki karışık çapraz bağlı network olan tam-ipn oluşur. Şekil 2.24: Kitosan hidrojellerinin yapısı. Bu üç tip yapıda da ağ yapıyı şekillendiren ana etkileşim kovalent bağlardır, fakat diğer etkileşimler de mevcuttur. Gerçi, hidrojen köprüleri ve hidrofobik etkileşimler gibi ikincil etkileşimler, kitosanın asetil üniteleri arasında meydana gelmektedir ve DD

46 yeterince düşükse, daha katı jel oluşmaktadır. Fakat çapraz bağlanma yoğunluğu artarsa, kovalent bağlar daha baskın olur. Başka bir polimer eklendiğinde, bu polimer ve kitosan arasındaki ek ikincil etkileşimler artar ve hidrojelin yapısına katılır. Kovalent çapraz bağlı kitosan içeren bir hidrojel hazırlanması için, kitosan ile su gibi uygun bir çözücüye sahip bir çapraz bağlayıcı gerekir. HPN veya IPN oluşturmak için diğer polimerler de eklenebilir. Ağ yapı hazırlanırken katalizör veya başlatıcı da kullanılabilir. Çapraz bağlayıcılar, polimer zincirleri arasında köprü oluşumuna izin veren, en az iki tane reaktif fonksiyonel grup içeren moleküllerdir. Kitosanla en sık kullanılan çapraz bağlayıcılar glyoxal ve glutaraldehit dialdehitlerdir (Conti ve diğ., 1998; Lin ve diğ., 2007; Gupta ve Ravi Kumar, 2000; Yao ve diğ., 1994). Çapraz bağlayıcı olarak başka alternatifler de araştırılmıştır. Dialdehitlerin yanı sıra dietil squarate (Berger ve diğ., 2004), oksalik asit (Berger ve diğ., 2004), formaldehit (Rao ve diğ., 2000), N,N`-metilenbisakrilamid (NMBA) (Martinez-Ruvalcaba ve diğ., 2009) ve genipin (Noel ve diğ, 2008; Chen ve diğ., 2004; Yuan ve diğ., 2007) çapraz bağlanma sağlar. Bunların dışında poli(etilen glikol) diakrilat ve dialdehitlerden türeyen poli(etilen glikol) gibi yüksek molekül ağırlığına sahip, suda çözünen ve biyouyumlu bir polimer de çapraz bağlayıcı olarak kullanılabilir (Berger ve diğ., 2004). Kovalent çapraz bağlı kitosan hidrojelleri, diffüzyonla ilaç salımının gerçekleştiği ilaç salım sistemlerinde kullanılmaktadır. Diffüzyon temel olarak çapraz bağlanma yoğunluğuna bağlıdır. Çapraz bağlanma yoğunluğu artarsa; su içeriği, şişme kapasitesi ve ağ yapı mesh büyüklüğü azalır. Çapraz bağlayıcı miktarının artmasıyla, kitosanın su molekülleri ile hidrojen bağı oluşturma yeteneği azalır. Dahası, polimerik zincirlerin yavaş relaksasyon süresinden dolayı, kitosan hidrojellerinin düşük şişme yeteneği ve yüksek çapraz bağlanma yoğunluğu, azalan bir ilaç salım oranı sonucunu çıkarır. Fakat, çapraz bağlanma yoğunluğuna bakılmadan; serbest moleküller ve serbest su, porlar tarafından yapı içine taşınabilir ve jelin dışına çıkabilir (Berger ve diğ., 2004).

47 Diffüzyon, çapraz bağlayıcının doğasından da etkilenir. Kimyasal yapısı ve çapraz bağlayıcının destekleme ünitelerinin uzunluğu; porozite, su alımı ve şişmeyi etkiler. Örneğin; 1,1,3,3-tetrametoksipropan ağ yapı hidrofilliğini arttırır. PEG-diakrilat şişmeyi attırır ve PEG-dialdehitin uzunluğuna bağlı olarak ağ yapının hidrofilliği ve şişmesi modifiye edilir. Şişme ve diffüzyon, ilave edilen polimerin hidrofilitesinden de etkilenir. Gerçi, polieter gibi hidrofobik polimerler, şişme hacmini azaltır. Hidrofobluktaki bu artış, polimerik matrise bağlı su oranını azaltır ve serbest su hacmi ile mobilitesini arttırır. Aksine; PEO, PVP, PAA ve ipek fibroin gibi hidrofilik bir polimerin eklenmesi, su alımı ve şişmeyi arttırır. Sonuç olarak, çapraz bağlanma yoğunluğuna ilave olarak, çapraz bağlayıcının fizikokimyasal doğası ve ilave edilen polimerin yapısı da difüzyonu etkiler (Berger ve diğ., 2004). Kendi kendine çapraz bağlanmış kitosanda salım genelde çapraz bağlayıcı yoğunluğu ile kontrol edilir. Yüksek çapraz bağlanma yoğunluğu, düşük salıma neden olur. Buna rağmen, ilaç konsantrasyonu gibi diğer sistem parametreleri de büyük bir rol oynar. Hidrofilliği kitosandan farklı olan ek bir polimerin ilavesi, asidik şartlarda ph a ve iyona duyarlı şişmeye izin verir. ph a duyarlı şişmenin mekanizması, ph düştüğü zaman kitosandaki amino gruplarının protonasyonunu gerektirir. Bu protonasyon zincir itmesine öncülük eder, proton diffüzyonu ve zıt iyonlar, jel içindeki su ve ikincil etkileşimlerin ayrılmasıyla beraber şişmeyi sağlar. Bu ayrılma, artan hidrofillikle beraber, hidrofilik bir polimer taşıyan yarı-ipn hidrojelin yüksek şişme derecesini açıklayabilir (Şekil 2.25) (Berger ve diğ., 2004). Şekil 2.25: Çapraz bağlı kitosan içeren bir yarı-ipn için ph a duyarlı şişme.

48 2. İyonik çapraz bağlı kitosan hidrojeli Kullanılan çapraz bağlayıcı tipine bağlı olarak; anyon veya anyonik moleküller olmak üzere iki gruba ayrılır. Fakat, karakteristikleri ve yapılarının çoğu aynıdır. Yapıları Şekil 2.24 (d) dekine çok benzerdir. Pozitif yüklü kitosan polimerik zincirleri arasındaki köprüleri oluşturan negatif yüklü birimlerin varlığında network şekillenir. Negatif yüklü çapraz bağlayıcı ve pozitif yüklü kitosan grupları arasındaki iyonik etkileşimler, network içindeki temel etkileşimlerdir. Nitelikleri, çapraz bağlayıcının tipine bağlıdır. Genellikle kullanılan metalik iyonlar, kitosanın pozitif yüklü amonyum grupları arasında koordine-kovalent bağların oluşumuna sebep olur. Bu tip bağlar, çapraz bağlayıcı olarak kullanılan anyonik moleküller tarafından oluşturulan elektrostatik etkileşimlerden daha güçlü bağlardır. Kitosandaki pozitif yüklü amino gruplarına ilave olarak, kitosanda bulunan hidroksil grupları gibi diğer gruplar da iyonik çapraz bağlayıcı ile reaksiyon verebilir. Dahası, ilave etkileşimler de network içinde meydana gelebilir. Örneğin, kitosanın deasetilasyon derecesindeki azalma ile hidrofobik etkileşimler veya çapraz bağlayıcı tarafından kitosanın nötralizasyonundan sonra azalan elektrostatik itmeden kaynaklanan zincirler arası hidrojen bağları sayılabilir (Berger ve diğ., 2004). İyonik çapraz bağlı kitosan içeren polimerik bir network hazırlamak için en az bir iyonik çapraz bağlayıcı ve genellikle su gibi bir çözücüde dispers olan kitosan gerekir. Dahası, ilave bir polimer dahil edilebilir. Kovalent çapraz bağlanmada çapraz bağlayıcı gibi bir multifonksiyonel molekül gerekir. İyonik çapraz bağlanmada ise multivalent zıt iyonlar çapraz bağlanma için polimer zincirleri arasında köprü oluştururlar. Kitosan bir polikatyon olduğu için, anyon veya anyonik moleküller genelde istenir. Bazı durumlarda, negatif yüklü kitosan türevleri iyonik olarak Fe(III) gibi bir katyonla çapraz bağlanır. Metalik anyonlar, Mo(VI) (Draget ve diğ., 1992)ve Pt(II) (Brack ve diğ., 1997) genelde kullanılan iyonik çapraz bağlayıcılardır. Anyonik moleküllerden, fosfat grubu taşıyan, β-gliserofosfat (GP) (Wu ve diğ., 2007) ve özellikle tripolifosfat (TPP) (Win ve diğ., 2003; Shu ve Zhu, 2002; Anal ve Stevens, 2005; Jayakumar ve diğ., 2007) kullanılır. β-

49 gliserofosfatın iyonik çapraz bağlanmaya sebep olmadığı görülmektedir. Buna rağmen, kitosanla olan etkileşimi henüz tam olarak açıklanamamıştır ve kimyasal doğası kitosan çapraz bağlayıcıları olarak kullanılanlara çok benzemektedir. Bu yüzden, bu hidrojeller bu bölümde ele alınmıştır. Bu çapraz bağlayıcılar dışında, kalsiyum klorür (Xu ve diğ., 2007; Shi ve diğ., 2008; Pasparakis ve Bpuropoulos; 2006; Hari ve diğ., 1996), polikarboksilik asit (Fahmy ve Fouda; 2008) ve trisodyum sitrat (Chen ve diğ., 2008) da iyonik çapraz bağlama için kullanılmıştır. İyonik çapraz bağlanma basit bir prosedürdür. Kovalent çapraz bağlanmanın aksine katalizör gibi yabancı moleküller istemez. Bu sebeple medikal ve farmasotik uygulamalar için uygundur. Gerçi, iyonik çapraz bağlanma, kitosan çözeltisinde çözünmüş veya dispers olmuş bir çapraz bağlayıcı ilavesi ile klasik bir metod şeklinde hazırlanır. Bu metod, gelişigüzel bir çapraz bağlanma reaksiyonu ile homojen bir hidrojel oluşumuna izin verir. Kovalent çapraz bağlı hidrojellerde olduğu gibi, çapraz bağlanma yoğunluğu; mekaniksel dayanıklılık, şişme ve ilaç salımı gibi yapıları etkileyen ana parametredir. Bu yüzden, çapraz bağlanma yoğunluğunu etkileyen reaksiyon şartlarını kararlaştırmak önemlidir. Network yapısı böylelikle ayarlanabilir. Çapraz bağlanma reaksiyonu temel olarak, çapraz bağlayıcının molekül ağırlığından ve kitosan ile reaksiyon süresince çapraz bağlayıcının ilave edilen miktarından etkilenir. Diffüzyonu daha kolay olduğundan, çapraz bağlayıcının molekül ağırlığı küçük olduğunda çapraz bağlanma reaksiyonu daha hızlı olur. Global yüklemelerin etkisine göre, iyonlarla iyonik moleküller arasında bir fark vardır. İyonların yükleme yoğunluğu; oksidasyon sayısına bağlıdır, ph a bağlı değildir. Halbuki iyonik moleküller için global yükleme yoğunluğu pkₐ değerlerine ve reaksiyon süresince çözeltinin ph değerine bağlıdır. Kitosan için max pkₐ değeri 6.5 tir. Kitosan ve çapraz bağlayıcının konsantrasyonu yeterince yüksek olmalıdır, böylece etkileşimler olur ve hidrojel oluşumu gerçekleşir. Bunun anlamı şudur: Çapraz bağlanma reaksiyonu süresince ph; kitosan ile çapraz bağlayıcının pkₐ değerinin arasında olmalıdır. Eğer ph çok yüksek olursa, pozitif yüklü kitosan nötralize olur ve sistem iyonik olarak çapraz bağlanmaz, fakat koaservasyon-faz dönüşümüne uğrar, çünkü kitosan çöker. Kitosanın çökmesinden sakınmak için çözelti ph>6 olmamalıdır. Bu asidik ph sistemin biyouyumluluğunu azaltabilir. β-gliserofosfat

50 kullanıldığında kitosan çökmeden ph ın nötralizasyonuna izin verir ve oldukça biyouyumludur. ph a bağlı şişme için çapraz bağlanma tamamlanmamalıdır. Bu da, kısa bir reaksiyon süresi ve düşük bir çapraz bağlayıcı konsantrasyonuyla sağlanır. Optimize network elde etmek için diğer bir olasılık sitrat ve TPP gibi farklı çapraz bağlayıcıların kombinasyonudur (Shu ve Zhu, 2002). Çapraz bağlanma yoğunluğu; çapraz bağlayıcının molekül ağırlığı ve konsantrasyonunun yanı sıra, başka bir polimerin ilavesinden de etkilenir. Dahası, çapraz bağlanma yoğunluğu; çapraz bağlayıcı konsantrasyonu, kitosanın molekül ağırlığı, kitosanın deasetilasyon derecesi, kitosanın konsantrasyonu ve reaksiyon süresinden de etkilenir (Berger ve diğ., 2004). 2.7.1.6. ph a Duyarlı Şişme Şişme temel olarak kitosan zincirleri arasındaki iyonik etkileşimlerden etkilenir. Bu da network oluşumu süresince çapraz bağlayıcı yoğunluğuna bağlıdır. Çapraz bağlanma yoğunluğundaki artış, şişme ve ph a duyarlılığı azaltır, network kararlılığını geliştirir ve sonuçta ilaç salımını azaltır. Buna rağmen, iyonik olarak çapraz bağlanmış hidrojellerde çapraz bağlanma yoğunluğu, ilaç alımından sonra dış şartlar tarafından daha da modifiye edilebilir, özellikle uygulama ortamının ph ı tarafından. Bu kitosan ve çapraz bağlayıcının global yükleme yoğunluğunu etkiler, o da çapraz bağlanma yoğunluğu, etkileşimler ve şişmeyi belirler. Aksine, kovalent bağlı hidrojellerde, çapraz bağlanma yoğunluğu ilaç alımından sonra modifiye edilemez. Çünkü bu hidrojeller irreversibl bağlarla bağlanmıştır. Sonuç olarak, iyonik çapraz bağlı hidrojeller yalnız asidik ortamda değil, bazik şartlarda da şişerler, bu da onların potansiyel uygulamalarını genişletir. Eğer ph azalması çok büyükse, iyonik bağların dissosiasyonu ve network ayrışması gerçekleşir, hızlı ilaç salımına öncülük eder. ph artarsa, kitosanın protonasyonu azalır ve çapraz bağlanma yoğunluğunda bir azalma meydana gelir. Bu da şişmeyi sağlar. Eğer ph çok artarsa, kitosanın amino grupları nötralize olur ve iyonik çapraz bağlanma engellenir. Çapraz bağlanma yoğunluğu çok küçük olursa, ayrışmayı engellemek için etkileşimler yeterince güçlü olmaz ve iyonik çapraz bağlayıcı salınır. Diğer taraftan, kovalent çapraz bağlı hidrojel bazik şartlarda şişme göstermez ve çapraz bağlanma yoğunluğu kovalent çapraz bağlı hidrojellerde değişmez, şişme daha az olur, fakat ayrışmadan sakınılır (Berger ve diğ., 2004).

51 İyonik çapraz bağlı hidrojellerde şişme ve salımı etkileyen bazı ikincil parametreler de vardır. ph duyarlılığına ek olarak, şişme, iyonlara karşı da duyarlıdır. Çünkü iyonların varlığı, perdeleme etkisi nedeniyle iyonik etkileşimleri zayıflatmaktadır. Bu da şişmeyi ve salımı arttırır. Dahası, kitosanın molekül ağırlığındaki bir düşüş şişmeyi azaltır ve ayrışmayı sağlar. Ek olarak, ilaç salımı, ilacın çözünürlüğü ve molekül ağırlığına bağlıdır ve network içindeki konsantrasyondan da etkilenir (Berger ve diğ., 2004). 2.7.1.7. Kitosanın Çapraz Bağlanması Kitosan esaslı hidrojel yapımında en fazla kullanılan çapraz bağlayıcılar, glioksal ve glutaraldehittir (Monteiro ve Airoldi, 1999; Berger ve diğ., 2004; Kildeeva ve diğ., 2009). Glutaraldehitin aldehit grubu, kitosanın amin gruplarına (1:2) imin grubu üzerinden Schiff bazı reaksiyonu sonucu bağlanmaktadır (Şekil 2.26) (Kumarı, 2010; Jeon ve Holl, 2003; Kotadiya ve diğ., 2009). Denklem 2.6 ve 2.7 deki reaksiyonlara göre çapraz bağlanma sırasında imin bağlarının oluşumu, glutaraldehidin CHO grupları ve kitosanın NH 2 grupları arasında gerçekleşmektedir (Kamari ve diğ., 2011). Çapraz bağlayıcı ile kitosan arasındaki bu kimyasal reaksiyondan dolayı, çapraz bağlanma sonucu kitosan zincirindeki serbest azot atomu yüzdesi azalmaktadır (Monteiro ve Airoldi, 1999; Wan Ngah ve diğ., 2005). Ayrıca, glutaraldehit konsantrasyonu arttıkça oluşan jelde renk koyulaşması olmaktadır (Arguelles-Monal ve diğ., 1998; Monteiro ve Airoldi, 1999). Sarı renk oluşumu, kitosan ile glutaraldehit arasındaki reaksiyonun (Schiff bazı oluşumunun) karakteristiğidir (Alvarez-Lorenzo ve diğ., 2005). H + CS-NH 2 + OCH-GA CS-N=C-GA (2.6) -H 2 O İmin bağı -NH 2 + O=CH- -N=CH- + H 2 O (2.7)

52 Şekil 2.26: Glutaraldehit ile çapraz bağlanmış kitosanın yapısı (Kotadiya ve diğ., 2009). 2.7.2. Akrilamid ve N-hidroksi akrilamid Akrilamid (AAm), kapalı formülü C 3 H 5 NO ve açık formülü H 2 C=CHCONH 2 şeklinde gösterilen, molekül ağırlığı 71,08g ve erime noktası 85 o C olan, beyaz, monoklinik veya triklinik kristal sisteme sahip toz halinde ve toksik bir madde olup, akrilik ve metakrilik amid serilerinin en basit ve önemli üyesidir. Sudaki çözünürlüğünün yüksek olması (30 o C de 215,5 g/100 ml) nedeniyle, çeşitli tipteki polimer ve kopolimerlerine dönüştürülme kolaylığına sahiptir. AAm; biri amid grubu, diğeri ise çifte bağ olmak üzere iki reaktif merkez içerir, bundan dolayı amid grubunda veya çifte bağda reaksiyona girebilir. Akrilamid ile aldehitlerin bazik şartlar altındaki reaksiyonu amid grubunun bir reaksiyonudur ve sonuçta alkoller elde edilir (2.8) (Bikales ve diğ., 1963).

53 N-hidroksimetil akrilamid (N-metilol akrilamid) (HMA), ortama ilave edilen akrilamid ile asidik şartlarda N,N -metilenbisakrilamid (NMBA) ürününü verir. Bununla birlikte formaldehit ve akrilamidin asitli sulu ortamda karıştırılması suretiyle de metilenbisakrilamidler elde edilebilir (2.9) (Bikales ve diğ., 1963). Akrilamidin en önemli çifte bağ reaksiyonu vinil katılma polimerlerinin elde edildiği katılma polimerizasyonlarıdır (2.10). Bu reaksiyon, başlatıcılar tarafından katalizlenir ve molekül ağırlığı birkaç binden, birkaç milyona kadar değişebilen polimerler elde edilmektedir. Poliakrilamid, gerek laboratuarlarda ufak çapta gerekse büyük çapta genellikle akrilamid monomerinin uygun şartlar altında sudaki çözeltisinde serbest radikal polimerizasyonu mekenizmasına göre polimerizasyonundan elde edilmektedir. Poliakrilamid üretiminde sulu çözelti polimerizasyonu, karışık-çözücüler içerisinde çözelti polimerizasyonu ve dispers-faz polimerizasyonu kullanılmaktadır. Akrilamidin sulu çözeltisi küçük bir miktar NMBA varlığında çapraz bağlı poliakrilamidi oluşturur (Şekil 2.27) (Kasgoz ve diğ., 2003).

54 Şekil 2.27: NMBA ile çapraz bağlanmış poliakrilamid. 2.8.KİTOSAN VE TÜREVLERİNDEN ELDE EDİLEN HİDROJELLERİN HAZIRLANMASI VE İLAÇ SALIMINDA KULLANIMLARI İLE İLGİLİ LİTERATÜR ÇALIŞMALARI Alvarez-Lorenzo ve diğ. (2005) sıcaklığa duyarlı CS-PNIPAM (kitosan-poli(nizopropil akrilamid)) IPN leri hazırlayarak, model ilaç diklofenak sodyumun salımını incelemişlerdir. PNIPAM ın yalnız kullanıldığında ilaçlara karşı bir ilgisinin olmadığı görülmüştür. Yani ilaç yüklemesi diklofenak moleküllerinin karboksilik asit grupları ile kitosanın amino/imino grupları arasındaki iyonik etkileşimler sayesinde olmuştur. İyonların yokluğunda, IPN lerden yalnızca küçük bir miktar ilaç salımı gerçekleşmektedir. ph=6 ve ph=8 de ise iyonların varlığı ve kitosanın iyonizasyon derecesindeki azalma/yok olmadan dolayı ilaç (diclofenak)/ipn etkileşimleri yok olmakta ve böylece ilaç salımı birkaç saat içinde gerçekleşmektedir. Babu ve diğ. (2008) ph a duyarlı kitosan-n,n`-dimetilakrilamid (NNDMA) yarı-ipn network mikroküreleri yağ içinde su emülsiyon tekniği ile hazırlayarak model ilaç chlorothiazide nin salım çalışmalarını incelemişlerdir. Bu ilaç diüretik ve antihipertansiyon ilacı olup, suda sınırlı bir çözünürlüğe sahiptir. Plazma yarı ömrü 45-120

55 dak, biyolojik yarı ömrü 10 saat tir. Yarılanma ömrü oldukça kısa olduğu için mikroenkapsülasyon için uygun bulunmuş ve kontrollü olarak ilaç salımı gerçekleştirilmiştir. Matristeki NNDMA miktarı arttırıldığında NNDMA deki metil gruplarının varlığından dolayı yarı-ipn matrisin hidrofobluğu artmış ve ilaç salımı azalmıştır. Asidik ph ta NH + 3 COO~ kompleks formu bozunduğu için 12 saate yalnızca %50 oranında salım gösterdiği halde aynı sürede ph=7.4 te ilaç salımının %95 olduğu bulunmuştur. Ayrıca ilaç salımının non-fickian tipi bir mekanizma ile gerçekleştiği görülmüştür. Kumari ve Kundu (2008) chlorpheniramine maleate ın kontrollü salımı için kitosan ve glutamik asitten oluşan yarı-ipn yapıda tanecikler hazırlamışlardır. Matrisin şişme ve ilaç salım oranının; çapraz bağlanma derecesi, kitosan-glutamik asit oranı ve ph a bağlı olduğu görülmüştür. Aynı miktarda çapraz bağlayıcı kullanılıp, kitosan miktarı arttırıldığında, glutamik asit yüzdesi dolayısıyla taneciklerin gözenek boyutu azaldığı için şişme oranının azaldığı görülmüştür. Yüksek şişme derecesinden dolayı ilaç salımının bazik ortamda daha fazla olduğu ve diffüzyonal salım mekanizmasının yalancı-fickian tipte olduğu bulunmuştur. Bazik ortamdaki şişmenin fazla olmasının nedeni olarak kitosan-glutamik asit yarı-ipn kürelerinin serbest karboksilik son grupları içermesi gösterilmiştir. Abdelaal ve diğ. (2007) kitosan ve poli(vinil alkol) (PVA) dan oluşan ph a duyarlı hidrojelleri glutaraldehit ve γ-ışını kullanarak çapraz bağlamışlardır. Glutaraldehitin çapraz bağlayıcı olarak kullanıldığı sistemlerde, çapraz bağlayıcı oranı arttığında şişme oranı azalmıştır. Şişme oranının asidik ortamda fazla olduğu görülmüştür. Asidik ortamda su absorpsiyonunun artması kitosanın pozitif yüklü durumda olmasından kaynaklanmaktadır. Kitosandaki NH 2 grupları çözücü olarak kullanılan asetik asit + (CH 3 COOH) ile ana zincire bağlı -NH - 3 OOC-CH 3 iyonu oluşturur ve pozitif yüklü zincirler arasındaki itme kuvvetleri de su absorpsiyonunu arttırır. Benzer durum asetik asit yerine kullanılan başka asitlerle de gerçekleşir ve asidik ortamdaki şişme değerleri artar. Radyasyonun sebep olduğu çapraz bağlanma; γ-radyasyon dozu ve filmin PVA içeriğinin artmasıyla artmıştır. Model ilaç olarak kullanılan 5-fluorouracilin salım oranının ise direkt olarak PVA miktarı, ortam ph ı ve matrise yüklenen ilacın başlangıç

56 konsantrasyonuna bağlı olduğu bulunmuştur. Asidik ortamdaki salımın bazik ve zayıf alkali ortama göre daha hızlı olduğu görülmüştür. Risbud ve diğ. (2000), ph a duyarlı dondurarak kurutulmuş kitosan-pvp hidrojellerinden oluşan bir yarı-ipn yapıyı kontrollü ilaç salımı sistemleri için geliştirmişlerdir. Dondurarak kurutulmuş gözenekli hidrojeller, havada kurutulmuş hidrojellere göre daha iyi ph a bağlı şişme yapısı sergilemişlerdir. Kitosanın birincil amino gruplarının protonasyonu nedeniyle asidik şartlarda hidrojelin şişme oranı artmıştır. Dondurarak kurutulmuş membranlar ph=1 ve ph=2 de 3 saat içinde %73 ve 51 oranında amoxicillin (antibiyotik ilaç) salımı göstermiş; havada kurutulmuş membranlar ise %31 ve 27 oranında salım göstermiştir. Conti ve diğ. (1998) farklı çapraz bağlayıcılar kullanarak hazırladıkları püskürtme ile kurutulmuş kitosan mikroküreleri, amfifilik ilaç cetylpyridinium chloride salımı için incelemişler ve gliseraldehit ve epiklorhidrin'in çapraz bağlayıcı olarak glutaraldehitten daha etkin olduğunu göstermişlerdir. Epiklorhidrin ile muamele edilen mikrokürelerin alkali ortamda ilaç salım hızının daha düşük olduğu da bulunmuştur. Lin ve diğ. (2007) suda çözünen bir kitosan türevi olan N-(2-karboksibenzil)kitosan (CBCS) ı sentezleyerek glutaraldehit ile çapraz bağlamışlardır. CBCS, NH 2 ve COOH grupları içeren bir poliamfolittir. Yüksek ph larda baskın grup dissosiye karboksilat grupları olup osmotik basıncın artması sebebiyle çapraz bağlı CBCS yüksek şişme davranışı göstermiştir. Fakat ph ın düşürülmesi ile COO - miktarı hidrojel içinde azalmakta ve bu da osmotik basınçla beraber şişmenin de azalmasına neden olmaktadır. Bu sebeple, beklenildiği gibi, 5-FU salım miktarı asidik şartlarda oldukça düşük bulunmuştur. 12 saat sonunda yüklenen ilacın yalnızca %40 ı salınmıştır. Bunun sebebi, asidik ph ta hidrojelin şişme oranının düşük olmasıdır. ph=7.4 te şişme oranı arttığı gibi 5-FU salımı da önemli oranda artmıştır. 10 saat sonunda yüklenen ilacın %90 ı salınmıştır. Sentezlenen bu kitosan türevinin ilaç salım sonuçlarına bakıldığında, ph a duyarlı bir salımın gerçekleştirdiği ve kolon-spesifik ilaç salım sistemi için kullanılabileceği tespit edilmiştir.

57 Li ve diğ. (2007) manyetik ve floresan multifonksiyonel kitosan nanopartikülleriyle çalışmışlardır. Hidrofilik bir ilaç olan cefradine model ilaç olarak kullanılmıştır. ph=7.4 te ilaç salım oranı ph=2 ye göre oldukça fazla bulunmuştur. Bu durum farklı şişme davranışları ve kitosan partiküllerinin osmotik yapısı ile ilişkilendirilmiştir. İlacın salımı, kitosanın glutaraldehit ile olan çapraz bağlanma süresiyle, dolayısı ile çapraz bağlanma yoğunluğu ile kontrol edilebilmiştir. Bazzo ve diğ. (2009) su içinde katı - yağ içinde su (solid-in-water-in-oil) emülsiyonçözücü buharlaştırma tekniği ile poli(3-hidroksibutirat)/kitosan mikropartikülleri hazırlamışlardır. Ketoprofen ve piroxicam model ilaç olarak kullanılmıştır. Ketoprofenin, piroxicama göre asidik ve yağ fazında farklı bir çözünürlüğe sahip olduğundan, enkapsülasyon etkinliğinin daha yüksek olduğu bulunmuştur. ph=7.4 te gerçekleştirilen salım çalışmalarında kitosan ve glutaraldehit konsantrasyonunun farklandırılması ile salım hızının kontrol edilebildiği görülmüştür. Rokhade ve diğ. (2007) emülsiyon çapraz bağlanma metodu ile akrilamid-g-dekstran ve kitosandan oluşan yarı-ipn mikroküreleri hazırlamışlardır. Toksisitesi ve yan etkisi az olan, diğer antiviral ajanlara göre daha etkili olan acyclovir model ilaç olarak seçilmiştir. İlacın yarılanma ömrü (2-3 saat) çok kısadır ve ağız yoluyla günde 5 kere alınmalıdır. Bu durum hastalar için uygun değildir. Bu çalışma, ilacın günde 2 defa alınmasının yeterli olması için ilacın kontrollü salım formülasyonunu geliştirmeyi hedeflemiştir. Yapılan çalışmalar sonunda ilaç salım süresinin, ilk 2 saat asidik ve sonra bazik ph ta bırakılarak 12 saate kadar çıkarıldığı bulunmuştur. Hidrofilik yapıdaki akrilamid-g-dekstran miktarının artması salım miktarını da arttırmıştır. Çapraz bağlayıcı miktarının artmasının ise salım oranını azalmasına neden olduğu görülmüştür. Ayrıca ilaç salımının non-fickian tipi bir mekanizma ile gerçekleştiği tespit edilmiştir. Gupta ve Ravi Kumar (2001), kitosan ve PEG den oluşan ph a duyarlı yarı-ipn mikroküreleri, isoniazidin kontrollü salım çalışmaları için hazırlamışlardır. Salım oranı mikrokürelerin şişmesine bağlı olduğu için asidik ortamdaki salımın daha yüksek olduğu görülmüştür. Hazırlanan mikrokürelerin %93 ilaç yükleme kapasitesine sahip olduğu da bulunmuştur. Elde edilen mikrokürelerden ilaç salımı sıfırıncı mertebeden bir

58 salım ile gerçekleştiği ve bu matris formülasyonunun modifiye edilerek istenen kontrollü ilaç salımının elde edilebileceği belirtilmiştir. Akbuğa ve Bergsad (1996) 5-FU yüklü kitosan mikroküreleri hazırlayarak salım karakteristiklerini incelemişlerdir. Genel olarak ilk saatte yaklaşık %70-80'lik bir salım gözlenmiştir. Bu ani salımı kontrol etmek için bazı polimer ve substratlar yapıya ilave edilmiştir. Yapıya katılan bu maddeler arasında aljinik asidin geciktirici etkisinin daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca artan kitosan konsantrasyonunun daha yavaş salıma neden olduğu da bulunmuştur. El-Sherbiny ve diğ. (2005) ph ve sıcaklığa duyarlı poli[n-akriloilglisin-kitosan] IPN hidrojelini kontrollü salım için incelemişlerdir. Elde edilen kitosan esaslı jellerin şişme değeri artan hidrofobluktan dolayı ph=2.1 de ph=7.4 e göre daha fazladır ve denge şişme değeri, sıcaklığın artmasıyla artmıştır. Model ilaç olan 5-FU nun salım oranı hidrojelin şişmesine bağlı olduğu için ilaç salımının asidik ortamda daha fazla olduğu görülmüştür. Hidrojellerin 2.5-3 saatte dengeye geldiği, fakat kitosanın çapraz bağlanması ve poli(n-akriloilglisin) içeriğinin arttırılması ile kontrol edilebileceğini ifade etmişlerdir. Ubaidulla ve diğ. (2007) emülsiyon faz ayırma tekniği ile kitosan ftalat mikroküreleri hazırlamışlardır. Insülinin ph=7.4 te karboksil gruplarının iyonize halde olmasından dolayı % 98 oranında salındığı, fakat asidik şartlarda karboksil gruplarının non-iyonize durumda olmasından dolayı salımın % 27 civarında olduğu bulunmuştur. Bu sonuçlar doğrultusunda kitosan ftalat mikrokürelerinin oral insülin dağılımı için potansiyel bir taşıyıcı olarak kullanılabileceği öngörülmüştür. Gupta ve Ravi Kumar (2000) kitosan, glisin ve glutaraldehit kullanarak çapraz bağlı tanecikler elde etmişlerdir. Taneciklerin ph 6 da şişme prosesinin, amino/imin gruplarının protonasyonu ve sarmal polimerik zincirlerin mekaniksel relaksasyonundan kaynaklandığı belirtilmiştir. Tiyamin hidroklorür model ilaç olarak kullanılmıştır. İlaç salım yüzdesinin asidik ortamda daha fazla olduğu ve kitosan taneciklerinin ph a bağlı olarak salım davranışı sergilediği gözlenmiştir. Bu da taneciklerin kontrollü salım için uygun olduğunu göstermiştir.

59 Yao ve diğ. (1994) çapraz bağlı kitosan:polieter yarı-ipn hidrojellerinin şişme ve ilaç salımı davranışlarını incelemişlerdir. En hızlı şişme oranı ph=1 de, sonra ph=2-4.84 te görülmüştür. ph 6 olduğunda ise şişmenin çok sınırlı olduğu belirtilmiştir. Bundan dolayı, ph=7.8 de model ilaç olan chlorhexidin asetat salımının neredeyse gerçekleşmediği görülmüştür. Prabaharan ve diğ. (2007-A) poli(l-laktik asit)-kitosan hibrit scaffoldlarını incelemişlerdir. İlaç yükleme miktarının, kitosan miktarının artmasıyla veya çapraz bağlanma yoğunluğunun azalmasıyla arttığı belirtilmiştir. Ayrıca, ilaç salım miktarının, kitosan konsantrasyonunun azalmasıyla arttığı görülmüş ve bunun nedeni olarak kitosan ile ketoprofen molekülü arasındaki düşük iyonik etkileşim gösterilmiştir. Salım bazik ortamda incelenmiştir. Yüksek ilaç salımı düşük miktarda çapraz bağlayıcı kullanıldığında gözlenmiştir. Patashnik ve diğ. (1997) bifosfonat içeren kitosan mikroküreleri hazırlamışlardır. Bazik ortamdaki salım davranışını incelemek için pamidronate ve suberoylbisfosfonat, model ilaçlar olarak kullanılmıştır. Pamidronate, mikroküre geometrisine göre ilaç tozu halinde daha hızlı salım yaparken, suberoylbisfosfonat salımının ilaç yükleme oranı azaldığında hızlandığı belirtilmiştir. Eroğlu ve diğ. (2002) antikanser ajan mytomycin-c taşıyan ve çubuk geometrisine sahip kitosan taşıyıcıları hazırlamışlardır. Fosfat tamponunda, kitosanın molekül ağırlığının artmasıyla mytomycin-c salımının azaldığı ve bu durumda şişme oranının da düştüğü görülmüştür. Başlangıç miktarı yüksek mytomycin-c ise salım oranını arttırmıştır. Rao ve Ramana Murthy (2000) kitosanı çapraz bağlamak için formaldehit buharı kullanmışlardır. Rifampicin model ilaç olarak seçilmiştir. Formaldehit buharına maruz kalma süresi arttığında, fosfat tamponundan salım oranının azaldığını tespit etmişlerdir. Martinez-Ruvalcaba ve diğ. (2009) poliakrilamid ve kitosandan oluşan hibrit polimer ağ yapısını çubuk şeklinde hazırlayarak şişme ve askorbik asit salım kinetiğini incelemişlerdir. Hidrojelin kitosan içeriğinin artmasıyla şişme değerinde bir azalma

60 gözlenmiştir. Bu durum, kitosan ve itakonik asitteki iyonize grupların varlığı ile açıklanmıştır. Asidik ortamda kitosandaki amin grupları iyonize olmakta, böylece itakonik asitteki karboksi grupları ile iyonik bağ oluşturmaktadır, dolayısıyla kitosan konsantrasyonunun artmasıyla da çapraz bağ yoğunluğu artmakta ve şişme azalmaktadır. Bazik ortamda ise itakonik asitteki karboksil grupları iyonize olmakta, kitosanın NH 3 grupları ise NH 2 ye dönmektedir. Bu şartlarda kitosan iyonik bağ yapamamakta, dolayısıyla çapraz bağlanma yoğunluğu azalmaktadır. Bu durumda şişme kapasitesi ve dolayısıyla ilaç salımı da artmaktadır. İlaç salım difüzyonunun, Fickian difüzyonu ile uyumlu olduğu bulunmuştur. Shantha ve Harding (2000) N-vinil pirolidon, polietilen glikol diakrilat ve kitosandan oluşan ph a duyarlı hidrojeller hazırlamışlardır. Bu hidrojeller, serbest radikal katılma polimerizasyonu ile NMBA kullanılarak yapılmıştır. Şişme çalışmalarında ph=1.2 de bu hidrojellerin şişme oranının yüksek olduğu ve theophylline ile 5-FU salımının ph=1.2 de 2 h içinde %50 yi aştığı görülmüştür. Noel ve diğ. (2008) antibiyotikler için potansiyel bir ilaç salım sistemi olan kitosan filmler hazırlamışlardır. Çapraz bağlamanın genipin ile gerçekleştirildiği bu sistemde, antibiyotik ilaç olarak amikacin ve daptomycin kullanılmıştır. Toplam salım oranı amikacin için %96.23 ve daptomycin için ise %88.55 bulunmuştur. Chen ve diğ. (2004) N,O-karboksimetil kitosan (NOCC) ve aljinattan oluşan ph a duyarlı yarı-ipn hidrojel sistemi geliştirmişlerdir. Genipinle çapraz bağlanmış bu sistemin protein ilaç salımı için uygun olabileceği görülmüştür. Model protein ilaç olarak bovine serum albumin kullanılmıştır. ph=1.2 için NOCC/aljinat hidrojelinin şişmesinin NOCC ve aljinat arasındaki hidrojen bağları oluşumundan dolayı sınırlı olduğu, ph=7.4 te ise iyonize asit grupları arasındaki elektrostatik itme nedeniyle şişme oranının arttığı görülmüştür. Bunun sonucu olarak, ph=1.2 de salım miktarının düşük olduğu (%20) halde, ph=7.4 te salım oranının önemli bir şekilde arttığı (%80) tespit edilmiştir. Yuan ve diğ. (2007) genipin ile çapraz bağlanmış kitosan mikrokürelerinin protein salımı üzerine etkisini incelemişlerdir. Bu çalışmada, model protein ilaç olarak albumin

61 kullanılmıştır. Kitosan mikrokürelerinin çapraz bağlanma derecesinin; çapraz bağlanma süresi ve genipin konsantrasyonu ile arttığı görülmüştür. Fosfat tamponundaki şişme oranının ise çapraz bağlanma süresi ve genipin konsantrasyonunun artmasıyla azaldığı bulunmuştur. Çapraz bağlı olmayan kitosan mikrokürelerine oranla, genipinle çapraz bağlı albuminli kitosan mikrokürelerinin ilaç veya protein salımı ve şişme oranı, çapraz bağlanma derecesiyle kontrol edilebilmiştir. Sahoo ve diğ. (2010) kitosan-polikaprolakton karışımını oflaxacin ilacının kontrollü salımı için sentezlemişlerdir. İlaç yükleme yüzdesinin artmasıyla şişme yüzdesinin arttığı görülmüştür. İlaç salımının ph=7.4 te asidik ortama göre arttığı ve ilaç salım kinetiğinin non-fickian mekanizma ile gerçekleştiği belirtilmiştir. Sonuç olarak, bu ilacın kullanımının bazik ortamlar için uygun olduğu görülmüştür. Torre ve diğ. (2003) kitosan ve poli(akrilik asit)'ten hazırlanan kopolimerlerin iki çeşit ilaç için salımını asidik ph ta incelemişlerdir. Amoxicillin trihidrat gibi non-iyonize ilaçların salımı şişme/eroding oranı ile kontrol edilmiştir. Amoxicillin sodyum gibi iyonize ilaçların salımı ise polimer ve ilaç arasındaki elektrostatik etkileşimlerle kontrol edilmiştir. İlaç salım kinetiği ise non-fickian olarak tespit edilmiştir. Chiou ve diğ. (2001) poli-l-laktid mikrokürelerini kitosan ile kaplayarak lidocaine salımını incelemişlerdir. İlacın salımının, kitosanın molekül ağırlığı ve deasetilasyon derecesine bağlı olmadığı görülmüştür. Kitosan çözeltisinin viskozitesi arttığında; başlangıç salımı ve ilaç salım oranının oldukça azaldığı gözlenmiştir. Park ve diğ. (2001) organik bileşen kitosan ile inorganik bir malzeme olan tetra etil orto silikat (TEOS) kullanarak yeni bir membran hazırlamışlardır. Model ilaç olarak lidocaine.hcl (katyonik ilaç), sodyum salisilat (anyonik ilaç) ve 4-asetamidofenol (noniyonik ilaç) kullanılmıştır. Kitosan-TEOS IPN ph=2.5 te şişme ve ph=7.5 te büzülme davranışı sergilemiş ve ortam ph ına bağlı olarak hızlı ve tersinir bir şişme davranışı gözlenmiştir. Ruel-Gariepy ve diğ. (2000) sıcaklığa duyarlı olan kitosan/gliserofosfat jeli hazırlamışlardır. Model ilaç olarak kullanılan klorfeniramin maleat, ph=7.4 te, yapıda

62 gliserofosfat bulunmadığı zaman ilk 4 saatte %53, gliserofosfat bulunduğu zaman %15 salım göstermiştir. Teng ve diğ. (2009) poröz yapıdaki kitosan/hidroksiapatit kompozitlerinin kontrollü salım potansiyelini incelemişlerdir. Bir antibiyotik olan tetracycline hidroklorür model ilaç olarak seçilmiştir. Fosfat tamponunda, ilk 2 saatte ilaç salımının hızlı, fakat sonra sabit bir şekilde 120 saate kadar devam ettiği görülmüştür. Hidroksiapatit oranının artmasıyla, ilaç salım oranının azaldığı da bulunmuştur. Wu ve diğ. (2007) nazal ilaç salım sistemi olarak N-[(2-hidroksi-3- trimetilamonyum)propil] kitosan klorür (HTCC) ve PEG den oluşan sıcaklığa duyarlı yeni bir hidrojel dizayn etmişlerdir. Farklı PEG molekül ağırlığına sahip HTCC-PEG- GP hidrojeli için insulin salımını incelemişlerdir. Başlangıçtaki ilaç salımı PEG 4000 kullanıldığında en düşük çıkmıştır. Bunun nedeni, PEG 4000 li hidrojel sistemin en iyi jelleşme yeteneğine sahip olması olarak belirtilmiştir. Ayrıca, hayvanlar üzerinde yapılan çalışmalarda ilaç alımından en az 4-5 saat sonra kan şekeri konsantrasyonunun azaldığı görülmüştür. Win ve diğ. (2003) ph a duyarlı bir ilaç taşıyıcı olarak fosforile edilmiş kitosan esaslı jel tanecikleri geliştirmişlerdir. Çeşitli ph lardaki ilaç salım davranışlarını incelemek için ibuprofen model ilaç olarak kullanılmıştır. İlacın salım oranının ph=7.4 te daha yüksek olmasının nedeni olarak fosfat gruplarının iyonizasyonu ve ilacın ph=7.4 teki yüksek çözünürlüğü olduğu ileri sürülmüştür. Bu sonuçlara göre, fosforile kitosan jel taneciklerinin ağız yoluyla alındığı ilaç salım sistemlerinde, asidik bölgede (mide) salım gerçekleşmediğinden, kullanılabileceği önerilmiştir. Shu ve Zhu (2002) kitosan/jelatini, sülfat, sitrat ve TPP gibi çapraz bağlayıcılar ilave ederek çapraz bağlı kitosanlar hazırlamışlardır. Kitosanın sülfat ve sitratla çapraz bağlanması, TPP ile çapraz bağlamaya göre daha hızlı gerçekleşmiştir. Bunun nedeni olarak sülfat ve sitratın düşük molekül büyüklüklerine sahip olması gösterilmiştir. Fakat TPP/kitosan taneciklerinin mekaniksel dayanıklılığının daha iyi olduğu görülmüştür. Gastrik ph ta süfat ve sitratla çapraz bağlanmış kitosan tanecikleri 5 saat içinde tamamen model ilacı (riboflavin) salmışlardır. İnce barsak ph ında ise salım oranı <%

63 70 bulunmuştur. Fakat, TPP/kitosan taneciklerinin ortam ph ına duyarlı olmadıkları görülmüştür. Kitosan taneciklerinin, TPP ve sitrat (veya sülfat) kombinasyonu ile çapraz bağlandığında, iyi bir şekle sahip olduğu ve ph a duyarlı ilaç salım yapısı gerçekleştirdiği de tespit edilmiştir. Anal ve Stevens (2005) antibiyotik ampicillinin kontrollü salımı için kitosan-aljinat multilayer taneciklerini geliştirmişlerdir. Ampicillin, küçük moleküllü ve hidrofilik bir yapıda olduğu için kolaylıkla diffüze olmaktadır. Ampicillin yüklü taneciklerin salımı için önce 4 saat gastrik, sonra 20 saat intestinal ph ta, kitosan-aljinat yalnız ve multilayer tanecikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu inceleme sonunda, multilayer taneciklerden ilacın salımının daha az olduğu görülmüştür. Jayakumar ve diğ. (2007) tiol grubu içeren ph a duyarlı kitosan taneciklerini graft polimerizasyonu ile sentezlemişlerdir. Model ilaç olarak kullanılan indomethacinin salım miktarı ortam ph ının artmasıyla yükselmiştir. Indomethacin salım oranının, tiol gruplarının iyonizasyonu ve alkalin ortamda ilacın yüksek çözünürlüğünden dolayı ph=7.4 te ph=1.4 e göre daha fazla olduğu görülmüştür. Bu sonuçlardan yola çıkarak, tiol içeren kitosan taneciklerinin farklı ilaçların kontrollü salımı için uygun bir salım sistemi olabileceği gösterilmiştir. Krauland ve Alonso (2007) CS ve karboksimetil-β-siklodekstrinden (CM-β-CD) oluşan yeni tip nanopartiküller hazırlamışlardır. Bu nanopartiküllerin, ph=6.8 de en az 4 saat kararlı durumda olduğu gözlenmiştir. Makromoleküler model ilaçlar olarak insülin ve heparin kullanılmıştır. Makromoleküllerin salım profillerinin, yüksek oranda molekülün tipine ve nanomatris ile olan etkileşimine bağlı olduğu görülmüştür. İnsülin salımının çok hızlı olmasına karşın (15 dakikada %84-97), heparin salımının çok düşük (8 h içinde %8.3-9.1) olduğu bulunmuştur. Wang ve diğ. (2007-A) kitosan/nişasta elyaflarının kontrollü ilaç salımında kullanılabilirliğini incelemişlerdir. Elyafta nişasta yüzdesinin artması ile ilaç salım miktarının arttığı görülmüştür. Elyafın ilaç yükleme miktarı arttığında ise ilaç salım oranının azaldığı, fakat toplam salım miktarının arttığı gözlenmiştir. Kitosan/nişasta

64 elyaflarının, ph ve iyonik kuvvete de duyarlı olduğu bulunmuştur. Düşük ph ve yüksek iyonik kuvvette reaksiyon hızının arttığı görülmüştür. Prabaharan ve diğ. (2007-B) karboksimetil kitosan-g-fosfatidiletanolamine sentezleyerek antibiyotik model ilaç olan ketoprofen için salım çalışmaları yapmışlardır. Bu kopolimer için ilaç salım sürelerinin oldukça uzun (ph=1.4 te 20 saat ve ph=7.4 te 45 saat) olduğu görülmüştür. Asidik ortamda ilaç salım miktarı, şişme fazla olduğu için daha fazla bulunmuştur. Bu sonuçlar ile sentezlenen yapının hidrofobik ilaçların salımı için potansiyel bir salım sistemi olabileceği önerilmiştir. Yu ve diğ. (2009) kitosan, aljinat ve pektinden oluşan ph a duyarlı kompozit mikropartikülleri bir ilaç salım sistemi olarak geliştirmişlerdir. Bovine serum albumin model ilaç olarak kullanılmıştır. Mikropartiküllerin ilaç salım davranışlarını gastrik (ph=1.2 ve 5.0), intestinal (ph=7.4) ve kolonik (ph=6.0 ve 6.8) ortamda incelemişlerdir. İlaç salımının, gastrik ortamda yavaş, intestinal ortamda ise daha hızlı olduğu görülmüştür. Ayrıca, ph=6.0 ve 6.8 de ilaç salımının pektinaz varlığında daha hızlı olduğu kanıtlanmıştır. Bu da kolonda ilaç salımının hızlı olduğunun göstergesidir. Lin ve diğ. (2005) kitosan/sodyum tripolifosfat/dekstran sülfattan oluşan ph a duyarlı polielektrolit kompleks jel mikroküreleri hazırlamışlardır. Ibuprofenin kontrollü salım davranışını da incelemişlerdir. Mikroküreler gözenekli yapıda olduğundan yüksek ilaç yükleme etkinliğine sahip oldukları görülmüştür. ph arttıkça ilaç salım yüzdesi de artmıştır. Sonuçlar mikrokürelerin, hidrofobik bir ilacı, midede kayıba uğratmadan bağırsakta başarılı bir şekilde salabildiğini göstermektedir. Bu sebeple, mikroküreler ağız yoluyla alınan ilaç salım sistemi olarak potansiyel bir aday olarak gösterilmiştir. Wang ve diğ. (2007-B) kitosan/organik rektorit nanokompozit filmleri hazırlamışlardır. Model ilaç olarak bovine serum albumin seçilmiştir. Saf kitosan filmle karşılaştırıldığında, nanokompozit filmler için salım fosfat tamponunda daha yavaş ve sürekli bulunmuştur. Xu ve Du (2003) çeşitli formasyonlara sahip kitosan nanopartikülleri TPP ile hazırlanmış ve model ilaç olarak kullanılan bovine serum albuminin salım yapısını

65 etkileyen faktörler incelenmiştir. Enkapsülasyon etkinliği, ilacın başlangıç konsantrasyonu ve kitosan konsantrasyonunun artmasıyla azalmıştır. Yüksek ilaç yükleme kapasitesi ise nanopartiküllerden ilaç salımını hızlandırmıştır. PEG ilavesi de enkapsülasyon etkinliğini engelleyip, reaksiyon hızının artmasına neden olmuştur. Fosfat tamponunda incelenen salım çalışmalarında yüksek deasetilasyon derecesine ve molekül ağırlığına sahip kitosanın salım hızını azalttığı da görülmüştür. Ko ve diğ. (2002) tripolifosfat ile çapraz bağlanmış kitosan mikrokürelerini hazırlamışlardır. Yüksek tansiyon tedavisinde kullanılan bir ilaç olan felodipine ise model ilaç olarak seçilmiştir. Kitosanın molekül ağırlığı ve konsantrasyonunun azalmasıyla, salım miktarının arttığı, çapraz bağlanma süresinin artmasıyla da salım miktarının azaldığı görülmüştür. Düşük ph ve yüksek TPP konsantrasyonu ile hazırlanan kitosan mikrokürelerinin daha yavaş salım sağladığı da gözlenmiştir. Prabaharan ve Mano (2005) hidroksipropil kitosan-g-karboksimetil β-siklodekstrin sentezleyerek ketoprofen için ilaç salım davranışlarını incelemişlerdir. Ketoprofen, suda çok az çözünen ve arthritis tedavisinde kullanılan anti-iltihabik bir ilaçtır. Hidroksipropil üzerinde β-siklodekstrinin varlığından dolayı sentezlenen mikropartiküllerin ilaç adsorpsiyon kapasitesinin kitosandan fazla olduğu bulunmuştur. Mikropartiküllere oranla kitosan daha hızlı bir şekilde ilacı salmıştır. Bunun nedeni olarak ilaçla karboksimetil β-siklodekstrin arasındaki kompleks oluşumu gösterilmiştir. İlaç salım yüzdesinin, kitosan ve hidroksipropil kitosan-g- karboksimetil β-siklodekstrin için asidik ortamda daha hızlı olduğu görülmüştür. Bunun nedeni olarak da bazik ortamda partiküllerin şişmesi sınırlı olduğundan ilacın diffüzyonunu önlemesi gösterilmiştir. Wang ve diğ. (2005) kontrollü ilaç salımı için kitosan/poli(vinil alkol) filmleri döküm/çözücü buharlaştırma (casting/solvent evaporasyon) metodu ile TPP çapraz bağlayıcısı varlığında hazırlamışlardır. Model ilaç olarak, bovine serum albumin seçilmiştir. Sonuçlar, filmlerin salım ortamının ph ı ve iyonik kuvvetine duyarlı olduğunu göstermiştir. Filmin kompozisyonu, yüklenen ilaç miktarı ve çapraz bağlanma süresinin; filmlerin salım yapılarını etkilediği görülmüştür. ph ın azalmasıyla tuz bağları ve iyonik çapraz bağlanmanın zayıfladığı ve filmin şiştiği, bunun da ilaç

66 salımını hızlandırdığı anlaşılmıştır. Artan kitosan konsantrasyonunun ise ilacın N-H ve COOH gruplarının kitosanın NH 3 + grubu ile kombinasyonundan dolayı salımı azalttığı görülmüştür. Xu ve diğ. (2007) çifte çapraz bağlı aljinat/kitosan jel tanecikleri hazırlamışlardır. Bunun için önce kalsiyum klorür, sonra ise sodyum sülfat ile çapraz bağlama yapılmıştır. Model protein ilaç olarak kullanılan bovine serum albumin, gastric (ph=1.0), intestinal (ph=6.8) ve kolonik (ph=7.4) ortamda incelenmiştir. Yalnızca kalsiyum klorür ile çapraz bağlanmış olan ve farklı miktarlarda aljinat/kitosan içeren taneciklerden ilaç salımının 5 saat içinde %50 nin üzerine çıktığı görülmüştür. Kitosan oranının en fazla olduğu taneciklerde ise ilacın gastrik ortamda salımının en hızlı olduğu bulunmuştur. Çifte çapraz bağlı taneciklerin salımının intestinal ortamda daha az olduğu da tespit edilmiş ve ilaç salımının aljinat/kitosan oranı 9/1 olduğunda yüksek bir değere ulaştığı (%81.24) görülmüştür. Kolonik sistemde ise ilaç salımının 8 saatte %97.31 e kadar çıktığı gözlenmiştir. İlaç salımını gastrointestinal sistemde izlemek için çifte çapraz bağlı jeller ilk 4 saat ph=1, sonraki 3 saat ph=6.8 ve en sonda ph=7.4 te 3 saat tutulmuş ve salımın ph=6.8 ve 7.4 de aljinat miktarına bağlı olarak arttığı bulunmuştur. Aljinat/kitosan oranı ayarlanarak, çifte çapraz bağlı taneciklerin intestinal ve kolonik ortamda kontrollü ilaç salımının sağlanabileceği görülmüştür. Shi ve diğ. (2008) kitosan ile kaplı PNIPAM içeren aljinat taneciklerini, ph ve sıcaklığa duyarlı ilaç salım sistemi olarak kullanmak için hazırlamışlardır. Salım çalışmaları için indomethacin model ilaç olarak seçilmiştir. ph= 7.4 te ve 37ºC da taneciklerin şişme oranı yüksek olduğundan ilaç salımının da fazla olduğu görülmüştür. ph=1.2 deki düşük ilaç salımı ise polielektrolit kompleks oluşumu ile ilişkilendirilmiştir. Dai ve diğ. (2008-A) nifedipine yüklü, ph a duyarlı aljinat-kitosan hidrojel tanecikleri ve kitosan kaplı aljinat taneciklerinin şişme ve ilaç salımı yapılarını incelemişlerdir. Model ilaç olarak seçilen nifedipine, yüksek tansiyon tedavisinde kullanılan, sudaki çözünürlüğü çok düşük, absorpsiyonu çok hızlı ve yarılanma ömrü çok kısa (2 saat) olan bir ilaçtır. Bu da, plazma ilaç konsantrasyonunda dalgalanmalara neden olmaktadır. Bu yüzden, nifedipine için kontrollü bir salım formülasyonu çalışılmıştır. Yapılan bu çalışmada, ortam ph ının artmasıyla ilaç salım yüzdesinin arttığı görülmüştür.

67 ph=6.8 de ilacın salım miktarı yaklaşık %99 bulunmuştur. Bunun nedeni olarak kitosanın amino grupları ile aljinatın karboksil grupları arasında nötral ph ta olan düşük bağlanma gösterilmiştir. Bu durum da şişme oranı ve dolayısıyla ilaç salım oranının artmasına neden olmuştur. Ayrıca, kitosan kaplı aljinat taneciklerin, aljinat-kitosan taneciklerine göre ilacı düşük ph ta daha iyi tuttuğu da bulunmuştur. Gonzalez-Rodriguez ve diğ. (2002) sodyum diclofenak salımı için aljinat/kitosan taneciklerini iyonik çapraz bağlanma ile hazırlamışlardır. Kalsiyum ve alüminyum klorür çapraz bağlayıcılar olarak kullanılmıştır. Asidik ph ta, aljinat, aljinik asit formundadır ve kitosan salımını engellemektedir. Pozitif yüklü gruplar aljinat ve diclofenak iyonları ile güçlü bir şekilde etkileşmektedir ve bu da şişme ve salımın düşmesini açıklamaktadır (karboksilat grupları protone olmaktadır). ph=6.4 te salımda %100 e kadar hızlı bir artış olmuştur. Yapıdaki kitosan oranının artması sonucu, ilaç salım oranının azaldığı da görülmüştür. Ayrıca, kalsiyum iyonları varlığında salım tamamen gerçekleşirken, alüminyum varlığında ancak %50 lik bir salım gerçekleşmiştir. Liu ve diğ. (2007) protein ilaç salım sistemi için kalsiyum-karboksimetil kitosan hidrojel taneciklerini hazırlamışlardır. Model ilaç olarak bovine serum albumin seçilmiştir. Şişme oranı ph=1.2 de çok düşük çıkmıştır, ph=7.4 te kalsiyum klorür konsantrasyonunun artmasıyla şişme oranı da artmıştır. %5 lik kalsiyum klorür çözeltisi ile en yüksek çapraz bağlanma yoğunluğuna erişilmiştir. İlacın tutuklanma etkinliğini arttırmak için tanecikler kitosanla kaplandığında, toplam ilaç salımının ph=1.2 ve ph=7.4 te kitosan konsantrasyonunun artmasıyla azaldığı görülmüştür. Dai ve diğ. (2008-B) nifedipinin kontrollü salımı için ph a duyarlı N-süksinil kitosan/alginat hidrojel tanecikleri kullanmışlardır. Hazırlanan bu tanecikler ph=1.5 te hafifçe şişmiş ve %11.6 ilaç salımı gerçekleştirmiştir, ph=7.4 te ise şişme ve ilaç salımı daha fazla olmuştur ve bu karboksil gruplarının iyonizasyonu ile açıklanmıştır. İlaç salım mekanizmaları, anormal veya durum II (case II) tipi olarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçlardan bu hidrojelin ince bağırsakta (intestinal sistemde) kontrollü salım için kullanılabileceği düşünülmüştür.

68 Pasparakis ve Bouropoulos (2006) kalsiyum aljinat ve kitosan/kalsiyum aljinat taneciklerinin şişme davranışı ve bir anti yüksek tansiyon ilacı olan verapamil hidroklorür için salım miktarlarını incelemişlerdir. Şişme çalışmaları, yaş ve kuru tanecikler kullanılarak yapılmıştır. Yaş tanecikler, hazırlandıktan hemen sonraki tanecikler, kuru tanecikler ise 24 saat, 30º C de havada kurutulan tanecikleri ifade etmek için kullanılmıştır. Bu taneciklerin, su, fosfat tampon çözeltisi (7.4) ve mide ph ındaki (1.2) şişme davranışları incelenmiştir. Asidik ortamda büzülme, sulu ortamda ise şişme meydana geldiği görülmüştür. ph 4 olduğunda aljinatın karboksilat grupları protone olmakta ve bu yüzden bu gruplar arasındaki elektrostatik itme azalmakta, dolayısıyla büzülme olmaktadır. Kuru taneciklerde ise şişme oranı ph=7.4 te en yüksek bulunmuştur. İlaç salımı, kitosan/kalsiyum aljinat yaş taneciklerine kıyasla kalsiyum aljinat taneciklerinde daha fazla elde edilmiştir. Kuru taneciklerde ise salım profili çift fazlı olarak karakterize edilmiştir. İlk adımda kitosanın varlığı salım profilini etkilememiştir. İkinci adımda ise kitosan ilavesi salım oranını önemli bir şekilde arttırmıştır. İlaç salım mekanizmaları, anormal ve durum II (case II tipi) olarak tespit edilmiştir. Hari ve arkadaşları (1996) insülinin ve bovine serum albuminin salımı için kalsiyum klorür ile çapraz bağlanmış kitosana protein içeren sodium aljinat tanecikleri damla damla ilave ederek hazırlamışlardır. Bovine serum albuminin salımı, fosfat tamponunda, taneciklerin asitle muamelesinden sonra neredeyse %100 olarak bulunmuştur. İnsulin salımı ise yine fosfat tamponunda, asitle muameleden önce %78.8 iken asitle muameleden sonra %100 e çıkmıştır. Asitle muamele yapıldığında aljinatın hidrolizi gerçekleşmiş ve kalsiyum konsantrasyonu azalmıştır. Fahmy ve Fouda (2008) polikarboksilik asitleri çapraz bağlayıcı olarak kullanarak alginik asit/kitosan matrisi hazırlamışlardır. Bu matris, sitrik asit/sodyum hipofosfit ile 180ºC de 9 dakikada etkili olarak çapraz bağlanma ile hazırlanmıştır. Çapraz bağlı matrisin aljinik asit/kitosan oranının arttırılmasıyla matrisin şişmesi de artmıştır. ph=1.2 de kitosanın amino grupları protone olmakta ve aljinik asidin karboksil grupları ile olan elektrostatik etkileşimi güçlenmektedir. Bu durumda da matris daha sıkı bir yapıya sahip olduğundan şişme azalmaktadır. Hafif alkali (ph=7.4) ortamda ise kitosanın amin grupları protone olamamakta, halbuki aljinik asidin karboksilik grupları

69 negatif yüklü karboksil gruplarına (-COO - ) dönüşmektedir. Bu da iki polimer arasındaki elektrostatik etkileşimi zayıflatarak matris yapının daha da açılmasına, dolayısıyla şişmesine neden olmaktadır. Hazırlanan matris sodyum diclofenak salımında kullanılmış ve akrilik asit oranı arttıkça salımın da arttığı gözlenmiştir. İlaç diffüzyonu açık-şişebilen bir yapıda, sıkı bir matrise göre daha kolay olmaktadır. Bu durumda ph=7.4 teki salım ph=1.2 ye göre daha yüksek bulunmuştur. Chen ve diğ. (2008) poli(metakrilik asit) ile kaplı kitosan taneciklerini, iyonik çapraz bağlayıcı olarak trisodyum sitrat kullanarak hazırlamışlardır. Tanecikler düşük ph larda yüksek şişme davranışı sergilemişlerdir. Kitosanın zincirler arası ve zincirler dışındaki güçlü elektrostatik itmesinden kaynaklanan bu durum, kitosanın amino gruplarının güçlü protonasyonu ile ilişkilendirilmiştir. Kitosan miktarının artmasıyla çapraz bağlanma yoğunluğu da artmıştır. İlaç salım oranı, kitosan taneciklerinin kaplanması ile yavaşlamıştır. Bunun sebebi olarak da, kitosan ve poli(metakrilik asit) arasında polielektrolit kompleks film oluşumu gösterilmiştir. Guo ve Gao (2007) ph ve sıcaklığa duyarlı karboksimetil kitosan/pnipam yarı-ipn poliamfolit hidrojelini, NMBA çapraz bağlayıcısı kullanarak hazırlamışlardır. Model ilaç olarak seçilen Koenzim A, -NH 2, -H 2 PO 4, -SH, -NHCO iyonik veya polar gruplarını içermektedir. Bu yüzden koenzim A ve polimer arasındaki etkileşim, hidrojen bağı veya iyonik kompleks tarafından kolayca meydana gelmektedir. Çalışmalarda sıcaklığın 25ºC den 37ºC ye değiştirilmesi ile tersinir su absorpsiyonu ve desorpsiyonu gözlenmiştir. Jeller ph=7.4 te daha fazla şişme göstermiştir. Asidik ortamda COOH grupları, karboksimetil kitosandaki OH grupları ile PNIPAM daki NHCO arasında bir hidrojen bağı oluşturabilmektedir. Asidik ortamda NH 2 grubu pozitif yüklenmesine rağmen, polimer ağ yapıda elektrostatik itme meydana gelmektedir. Kalan NH 2 miktarının sınırlı olması ve karboksimetil kitosanın sübstitüsyon derecesinin yüksek olmasına rağmen polimer sistemde hidrojen bağları baskındır. Moleküller arası ve moleküller içi yüksek hidrojen bağı hidrojelin şişmesine neden olmuştur. ph=7.4 te COOH grubu negatif yüklüdür. COOH ve OH, -NHCO arasındaki hidrojen bağı dissosiyedir ve COO - grupları arasındaki elektrostatik itme hidrojelin oldukça fazla şişmesine neden olur. Dolayısıyla, 37ºC de ph=2.1 de toplam salım oranı %22.6 iken, ph=7.4 te ise %89.1 dir. Koenzim A daki sübstitüe fosfat hidrojeldeki -NH 2, -OH, -

70 NHCO grupları ile hidrojen bağı oluşturmuştur. Salım ortamının sıcaklığı arttırıldığında ise bu bağ zayıflamış ve koenzim A salımı hızlanmıştır. Dolayısıyla, ilacın salımı 25ºC de daha düşük bulunmuştur. Lin ve diğ. (2005) ph a duyarlı bir sistem olarak aljinat/n,o-karboksimetil kitosan hidrojeli hazırlamışlardır. Model ilaç olarak, bovine serum albumin kullanılmıştır. ph=1.2 de, taneciklerin şişme oranı yaklaşık olarak eşit iken; ph=7.4 te de, alginat/n,o-karboksimetil kitosan toplam miktarının artmasıyla şişme oranı artmış ve bunun sebebi olarak iyonize asit grupları arasındaki elektrostatik itme gösterilmiştir. İlaç salım oranı da ph=7.4 te daha fazla olarak bulunmuştur. Wang ve diğ. (2007-C) poli(vinil alkol) ve karboksimetil kitosandan oluşan filmleri, şişme davranışı ve ornidazole salımını incelemek için yapmışlardır. Şişme kapasitesi, karboksimetil kitosan miktarı arttıkça artmaktadır. Asidik şartlarda şişmenin az, yüksek ph larda ise fazla olduğu görülmüştür. Bu durum farklı ph larda karboksimetil kitosanın iyon grupları arasındaki elektrostatik etkileşim ve itme ile ilişkilendirilmiştir. ph=4.8 de şişme minimum değerdedir. Çünkü bu değer karboksimetil kitosanın izoelektrik noktasıdır. Buna rağmen, poli(vinil alkol) miktarının artmasıyla ph a olan duyarlılığın azaldığı belirtilmiştir. Yapıdaki PVA miktarının artması ile şişme oranı ve ilaç salım hızı azalmıştır. Fakat mükemmel bir biyolojik yapı için karboksimetil kitosan miktarının arttırılmasının gerektiği belirtilmiştir. Zhou ve diğ. (2008), ph a duyarlı ve suda çözünen bir hidrojel olan N-karboksietil kitosan/poli(hidroksietil metakrilat)'ı fotopolimerizasyon tekniği ile hazırlamışlardır. İlaç salım çalışmaları için 5-fluorouracil model ilaç olarak seçilmiştir. Karboksietil kitosanın izoelektrik noktasına yakın bölgelerde (ph=6-8), amonyum ve karboksil sayıları eşittir ve zıt yükler arasındaki iyonik etkileşimler sonucu şişme oranı çok azalmaktadır. ph=2-4 arasında ph ın azalmasıyla şişme oranı artmaktadır. ph=2.2 de amino gruplarının protonasyonu sonucu oluşan elektrostatik itmeden dolayı şişme artmış ve bu da yüksek ilaç salımı sağlamıştır. ph=7.4 te amino ve karboksil grupları iyonize olmaktadır. Fakat iyonizasyon derecesi çok düşüktür ve hidrojelin içinde bazı elektrostatik iyon çiftleri oluşmaktadır. Bu yüzden hidrojelin şişme oranı çok düşüktür

71 ve bu da düşük ilaç salımına neden olmuştur. İlaç salım kinetiğinin Higuchi eşitliğine uyduğu görülmüştür. Han ve diğ. (2009) glycidyl metakrile kitosan ile PNIPAM hibrit hidrojellerini fotopolimerizasyon tekniği ile hazırlamışlardır. 5-Fluorouracil model ilaç olarak kullanılmıştır. Bu hidrojellerin şişme oranları, PNIPAM hidrojelinkinden daha fazla bulunmuştur. Kitosan miktarı arttıkça şişme oranının da arttığı ve ph değeri arttığında ise şişme oranının azaldığı tespit edilmiştir. Hidrojelin 25ºC deki şişme oranı 37ºC ye göre daha fazla bulunmuştur. Bunun sebebi, PNIPAM daki amid grupları ile su molekülleri arasındaki güçlü hidrojen bağlarıdır. İlaç salımı kitosan miktarının fazla olduğu hidrojelde başlangıçta fazla iken, 24 saat sonunda salım oranının tüm hidrojeller için aynı olduğu görülmüştür. Bernkop-Schnürch ve diğ. (2003) kitosanı 2-iminotiyolane ile modifiye etmişler ve böylece mukoadhesiv yapının güçlü bir şekilde iyileştiği görülmüştür. Bunun dışında yüksek in situ jel yapısı da oluşmuştur. Bu sebeplerden dolayı, modifiye kitosan vajinal ilaç salımı için uygun bir matris olarak kabul edilmiştir. Antimikotik (antifungal) ilaç olarak vajinal enfeksiyon tedavisinde kullanılan clotrimazole, model ilaç olarak seçilmiş ve ph=6 asetat tamponunda salımı incelenmiştir. Bu modifiye yapı ile ilacın kontrollü olarak salındığı belirlenmiştir. Sokker ve diğ. (2009) kitosanı; poli (akrilik asit), poli (hidroksi propil metakrilat), poli (vinil alkol) ve jelatin ile graft etmişlerdir. Bu hidrojeller γ-ışınlaması tekniği ile sentezlenmişlerdir. Jelasyon derecesi; kitosan, akrilik asit ve poli(vinil alkol) içeriğinin artmasıyla artmış ve %90 ın üzerine çıkmış, fakat jelatin içeriğinin artmasıyla jelleşme derecesinin azaldığı görülmüştür. ph'ın artmasıyla, şişme derecesi de artmış ve ph=9 da max değere ulaşmıştır. Antibiyotik ilaç oxttetracycline hidrojele yüklenmiş ve ilaç salımının; ph, zaman ve sıcaklık arttıkça arttığı görülmüştür. Jiang ve diğ. (2006) kitosan ile graft edilmiş hidrofobik palmitoil gruplardan miseller hazırlamışlardır. Model ilaç olarak, hidrofobik bir ilaç olan ibuprofen kullanılmıştır. N- palmitoil kitosanın yükleme kapasitesi yaklaşık %10 bulunmuştur. İlaç salımının büyük

72 ölçüde sıcaklık ve ph a bağlı olduğu görülmüştür. Düşük ph ve yüksek sıcaklık, ilaç salımını önemli derecede hızlandırmıştır. Prabaharan ve diğ. (2008) uyarıya duyarlı kitosan-g-poli(n-vinilkaprolaktam) kopolimerini model ilaç ketoprofen salımını incelemek için hazırlamışlardır. Bu taneciklerin şişme derecesi ph=2.2 de, ph=7.4 e göre daha fazla bulunmuştur. Dahası, bu taneciklerin şişme derecesi ortam sıcaklığının artmasıyla azalmıştır. Kitosan tanecikleriyle karşılaştırıldığında, bu taneciklerden ilaç salımının daha yavaş ve daha da kontrollü bir salım sağladığı bulunmuştur. Qian ve diğ. (2006) kitosan ile metil metakrilat, N,N`-dimetilaminoetil metakrilat hidroklorür ve N-trimetilaminoetil metakrilat klorürden graft kopolimerler hazırlamışlardır. Model ilaç olarak insülin kullanılmıştır. İnsülin salımı, kitosan-g-metil metakrilat için en hızlıdır ve salım, 6 saatte tamamlanmıştır. Diğer kopolimer nanopartiküller için ise sürekli bir salım görülmüştür. Yapılan in vivo çalışmalarda son iki tip nanopartikülün, hidrofilik protein ve peptidlerin ağızdan alımı için uygun olduğu belirtilmiştir. Fang ve diğ. (2008), PNIPAM ile kitosan ve kitosan+hyaluronik asiti graft ederek, hidrofilik ve lipofilik ilaçların sitrat-fosfat tamponundaki salımları incelenmiştir. Hidrofilik bir ilaç olan nalbuphine salımı, PNIPAM ile kitosan<pnipam ile kitosan+hyaluronik asit<pnipam sırasıyla artmıştır. Lipofilik ilaçlar olarak kullanılan indomethacin ve nalbuphine ön ilaç için ise salım, PNIPAM ile kitosan>pnipam ile kitosan+hyaluronik asit>pnipam sırasıyla artmıştır. Lee ve Chiang (2004) poli(akrilik asit-co-n-vinil pirolidon)/cs IPN hidrojelini fotopolimerizasyon ile hazırlamıştır. Poli(akrilik asit-co-n-vinil pirolidon) ile bu polimerlere kitosan ilavesiyle hazırlanan IPN yapıların şişme ve ilaç salım davranışları incelenmiştir. Jellerin şişme oranının, kitosan ilavesi ve N-vinil pirolidonun yapıda artmasıyla azaldığı; buna karşın ph 9 olduğunda ise ph ın artmasıyla arttığı görülmüştür. Ayrıca, N-vinil pirolidon içeriğinin artması ve jel kompozisyonuna kitosan ilavesi ile jel dayanıklılığının arttığı tespit edilmiştir. Kafein ve B 12 vitamini salım çalışmalarında, şişme oranı arttıkça salımın da arttığı bulunmuştur. Fenol kırmızısının

73 deiyonize sudaki salım çalışmalarında jellerdeki akrilik asit oranı arttığında, güçlü bir elektrostatik itme ve daha hızlı bir salım görülmüştür. Katyonik yapıdaki toluylene kırmızının ise deiyonize suda anyonik jelden salınamadığı; fakat fizyolojik tuz çözeltisinde iyon değişim etkisinden dolayı salımın gerçekleştiği de görülmüştür. Ekici ve Saraydin (2004) akrilamid monomerini poli(n-vinil pirolidon) ve kitosan polimerleri glutaraldehit ve N,N -metilenbisakrilamid varlığında hazırlamışlardır. Şişme ve salım kinetiğinin ikinci dereceden kinetiğe sahip olduğu gözlenmiştir. ph=1.1 deki şişme ve salımın, ph=7.4 dekine göre daha fazla olduğu bulunmuştur. Patel ve Amiji (1996) kitosan-poli(etilen oksit) yarı-ipn hidrojelleri havada ve dondurarak kurutup hazırlamışlardır. Beklenildiği gibi dondurarak kurutulan IPN yapının şişme ve salım oranının daha yüksek olduğu bulunmuştur. ph=1.2 de %65 amoxicillin ve %59 metronidazole salımı 2 saatte gerçekleşmiştir.

74 3. MALZEME VE YÖNTEM 3.1. KULLANILAN KİMYASALLAR Kitosan (Sigma), akrilamid (Fluka), N-hidroksimetil akrilamid (Sigma), N,N`metilenbisakrilamid (Merck), amonyum persülfat (Merck), N,N,N`,N`tetrametiletilendiamin (Serva), asetik asit (Riedel-de Haen), ksilenol oranj (Sigma), lityum asetat dihidrat (Sigma), ninhidrin (Sigma), hidrindantin (Sigma), dimetil sülfoksit (Merck), etil alkol (Sigma), hidroklorik asit (Merck), potasyum klorür (Merck), sodyum klorür (Merck), potasyum dihidrojen fosfat (Merck), sodyum hidroksit (Merck), 5-fluorouracil (Sigma), %25 lik glutaraldehit çözeltisi (Merck) ve destile su kullanılmıştır. 3.2. KULLANILAN CİHAZLAR Manyetik karıştırıcı: İlaç molekülü içeren ve içermeyen, yarı-ipn jeller ile çapraz bağlı kitosan jellerinin hazırlanmasında Velp Arex, Velp Arex2, IKA C-MAG HS7, WiseStir Multi Hotplate Stirrer SMHS-6, Selecta Multimatic-9S manyetik ısıtıcı-karıştırıcıları kullanılmıştır. Hassas tartı: Yapılan denemelerde Radwag AS/220/C/2 hassas tartısı kullanılmıştır. Etüv: Hazırlanan jellerin kurutulması için Wisd Laboratory Instrument marka WiseWen Oven gravity/natural Flow Type WON-105 model etüv kullanılmıştır. Destile su cihazı: Denemelerde kullanılan destile su, Optic Ivymen System Distiller AC-LB cihazı ile elde edilmiştir. Vakum etüvü: Analizi yapılacak jeller ve toz kimyasallar Selecta marka Vaciotem-T model ve Wisd Laboratory Instrument marka WiseVen Precise WOV-30 model vakum etüvünde kurutulmuştur. Su banyosu(1): Jellerin tüpte sentezinde 25 o C ± 0.1 o C hassasiyetli Polyscience marka su banyosu kullanılmıştır. Su banyosu(2): Yarı-IPN jellerin 37 o C deki şişme denge değerlerinin tespiti ve ilaç salım denemeleri Wisd Laboratory Instrument marka Wise Circu WCB-11 model su banyosu içinde gerçekleştirilmiştir.

75 ph metre: Kitosanın deasetilasyon derecesinin potansiyometrik titrasyon yöntemi ile tayininde ve tampon çözeltilerin ph larının ölçümünde Thermo Orion Marka 3-Star ph metre kullanılmıştır. Ubbelohde viskozimetresi: CS ın viskozite ortalama molekül ağırlığının tayininde, CS ın sodyum klorür içeren asetik asit çözeltisindeki çözeltilerinin 30 o C deki akma süreleri, Cannon marka 1B-E541 tipinde, ASTM D446 ya göre kalibre edilmiş ve viskozite sabiti 0.04754 mm 2 /s 2 (cst/s) olan Ubbelohde viskozimetresi ile belirlenmiştir. CHNS-O Elemental analiz cihazı: CS ın elemental analizi, Thermo Finnigan marka Flash EA 1112 model elemental analiz cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Fourier transform infrared spektroskopisi (FTIR) cihazı: CS, 5-FU ve hazırlanan jellerin FTIR analizleri, Perkin-Elmer marka Precisely Spectrum One model Fourier Transform Infrared Spektroskopisi cihazı ile KBr tablet yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. X-Işını kırınım (XRD) cihazı: CS, 5-FU ve hazırlanan jellerin XRD analizi için 200 Vac 3q 20 A/50 Hz güç kapasitesine sahip Rigaku marka D/Max-2200/PC model X-Işını kırınım cihazı kullanılmıştır. Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) cihazı: CS, 5-FU ve hazırlanan jellerin termal analizleri Setaram marka DSC131 cihazı ile gerçekleştirilmiştir. TGA (Termogravimetrik analiz) cihazı: CS ve jel ürünlerin TGA analizleri Linseis STA PT 1750 TGA cihazı gerçekleştirilmiştir. Kumpas: Yarı-IPN jellerin kalınlıkları, Digital Caliper marka bir kumpas (ölçüm aralığı 0-150 mm, hassasiyeti ±0.01 mm) yardımıyla ölçülmüştür. UV/VIS spektrofotometre: İlaç adsorpsiyonu ve salımı deneylerinde, ilaç konsantrasyonu analizleri Perkin Elmer marka Lambda 35 model UV/VIS spektrofotometre ile gerçekleştirilmiştir. 3.3. KULLANILAN YÖNTEMLER 3.3.1. Kitosanın Viskozite Ortalama Molekül Ağırlığının Belirlenmesi Kitosan yüksek molekül ağırlıklı bir biyopolimer olup, molekül ağırlığı ve deasetilasyon derecesi elde edildiği kaynağa ve yöntemlere bağlı olarak değişmektedir. Viskozite yöntemi, molekül ağırlığını belirlemenin en hızlı ve basit yoludur. CS, NaCl (0.3 mol/l) içeren asetik asit (AA) çözeltisinde (0.83 mol/l) farklı konsantrasyonlarda çözülmüştür. Bu çözeltilerin, akma süreleri 30 o C da Ubbelohde viskozimetresi ile tespit edilmiştir.

76 Aynı işlem şahit çözeltisi için de tekrarlanmıştır. CS ın uygun bir çözücüdeki çözeltisi ve saf çözücünün akma süreleri ile aşağıdaki bağıntılardan (3.1-3.5) hesaplanan viskozite değerlerinden faydalanarak intrinsik viskozite hesaplanmaktadır. Relatif viskozite: (3.1) Spesifik viskozite: (3.2) Inherent (logaritmik) viskozite: (3.3) İndirgenmiş viskozite: (3.4) Burada, C: Kitosan çözeltisinin konsantrasyonu (g/dl) η çözelti ve t çözelti = Kitosan çözeltisinin viskozitesi ve akma süresi η çözücü ve t çözücü = Şahit çözeltisinin viskozitesi ve akma süresi (3.5) η inh ve η red değerlerinin aynı grafik üzerinde çizimi sonucu, iki doğrunun C=0 da y eksenini kestiği nokta intrinsik viskozite [η] değerini vermektedir. Burada intrinsik viskozite, konsantrasyon-indirgenmiş viskozite veya konsantrasyon-logaritmik viskozite grafiklerindeki doğruların sıfır kitosan konsantrasyonuna ekstrapolasyonu ile elde edilmiştir (Elibol, 2008). İntrinsik viskozite ve molekül ağırlığı arasındaki bağıntı Mark-Houwink-Sakurada denklemine (3.6) dayanmaktadır. (3.6) Burada, K ve a: çözünen madde ve çözücü ikilisine ve sıcaklığa bağlı sabit değerler olup; 30 o C da, CS ile 0.3M NaCl içeren 0.83M AA çözücüsü için K=1,464.10-4, a=0,885 dir (Kasaai, 2008-A).

77 3.3.2. Kitosanın Deasetilasyon Derecesinin Tayini 3.3.2.1. Elemental Analiz Yöntemi Kitosanın C/N oranı, kısmen deasetillenmiş kitosan için 5.145 ile tamamen N- asetillenmiş kitosan için 6.861 arasında değişmektedir. Elemental analiz ile, DD aşağıdaki denklem (3.7) ile hesaplanmaktadır (Dos Santoz ve diğ., 2009; Milosavljevic ve diğ., 2010). (3.7) 3.3.2.2. FTIR Yöntemi CS, yapı olarak oldukça higroskopik bir maddedir ve CS ın nem adsorblama özelliği DD nin artması ile azalmaktadır (Khan ve diğ., 2002). Kitosan oldukça higroskopik bir madde olduğundan, FTIR spektrumunda nemin etkisini tamamen yok etmek çok güçtür. Bu nedenle, Dong ve diğ. (2001) 1640 cm -1 bandının nemden etkilendiğini ve mümkünse 1560 cm -1 bandının prob band olarak kullanılması gerektiğini ileri sürmüştür. 1560 cm -1 bandının şiddeti deasetilasyon ile azalmakta ve ~1600 cm -1 bandının şiddetinin artması yüzünden yüksek DD li örneklerde çok zayıf olmaktadır. 1560 cm -1 bandı, 1655 cm -1 bandından daha hızlı yok olmaktadır. Bu nedenle çok yüksek DD li örneklerde, 1655 cm -1 bandının prob band olarak kullanılması daha uygundur (Dong ve diğ., 2001). DD, 1655 ve 3450 cm -1 deki amid I (ν C=O ) ve OH gerilme titreşimi (ν OH ) bantlarının absorbanslarının oranından yararlanarak aşağıdaki denklemle (3.8) hesaplanmıştır (Baskar ve Kumar, 2009). % (3.8) A 1655 = N-asetil grubundaki amid I (ν C=O ) bandının (~1655 cm -1 ) absorbans değeri A 3450 = Hidroksil grubundan kaynaklanan O-H gerilme titreşimi bandının (~3450 cm -1 ) absorbans değeri 3.3.2.3. Potansiyometrik Titrasyon Yöntemi Jiang ve diğ. (2003), potansiyometrik yöntemle DD tayininde, CS ın ph 6.0 olan ortamlarda çözeltiden çöktüğünü ve çökmenin, çözeltideki CS konsantrasyonunu

78 azalttığını; çöken CS ın elektrod yüzeyini kaplayabileceğini ve elektrodun hassasiyetini kaybedeceğini, bu nedenle titrasyonun ph=6 yı aşmadan sonlandırılması gerektiğini belirtmiştir. Bu metotta, 0.2 g kitosan 15 ml 0.1M HCl içinde çözülmüş ve çözeltiye ph-metrenin elektrodu daldırılarak, 0.1 M NaOH ile titre edilmiştir. Eklenen her 0,5 ml NaOH dan sonra ph değerleri kaydedilmiştir. Titrasyon eğrisindeki denge noktasından NaOH sarfiyatı görülmüştür (Milosavljevic ve diğ., 2010) Alvarenga ve diğ. (2010) CS ın DD ni kondüktometrik titrasyon ile aşağıdaki denklem (3.9) yardımıyla belirlemiştir. (3.9) [baz]: NaOH çözeltisinin konsantrasyonu (M) V 1 : HCl aşırısı için kullanılan NaOH hacmi-1. Sıçrama noktası (ml) V 2 : Protone CS için gereken NaOH hacmi-2. Sıçrama noktası (ml) 161: Kitosanın bir monomerik ünitesinin (C 6 H 11 O 4 N) molekül ağırlığı m: Kitosan miktarı (g) 3.3.2.4. İndikatör ile Asit-Baz Titrasyonu Yöntemi Bu metotta, 0.2 g kitosan 15 ml 0.1M HCl içinde çözülmüş ve ksilenol oranjın içindeki %0,1 lik çözeltisinden 2-3 damla eklendikten sonra 0.1M NaOH ile titre edilmiştir. Titrasyona, çözeltinin rengi sarıdan menekşe rengine değişinceye kadar devam edilmiştir. DD, aşağıdaki eşitlikler (3.10 ve 3.11) yardımıyla hesaplanmıştır (Milosavljevic ve diğ., 2010). (3.10) (3.11) Burada: C 1 : HCl konsantrasyonu (M) C 2 : NaOH konsantrasyonu (M)

79 V 1 : HCl hacmi (15.10-3 L) V 2 : NaOH hacmi (L) W: Örnek miktarı (g) 0.016: 1 ml 0.1M HCl'e eşit NH 2 miktarı (g) 3.3.3. Çapraz Bağlı Kitosan Jellerinin Hazırlanışı 0.15 g ve 0.3 g CS 15 ml (%2 lik, v/v) sulu asetik asit içinde ayrı ayrı çözüldükten sonra bu çözeltiye % 0.5 w/v oranında 5-FU ilave edilmiştir. Daha sonra çözelti manyetik karıştırıcı ile karıştırılarak kitosan içindeki amin grubu mol sayısının 2 katı oranında glutaraldehit (GA) bir büret yardımıyla damla damla ilave edilmiştir. Homojen bir karıştırma sonrasında hazırlanan karışım petri kabına alınıp, polimerizasyon reaksiyonunun tamamlanması için oda sıcaklığında 24 saat bekletilmiştir. Süre sonunda kitosan ile glutaraldehit arasındaki Schiff bazı oluşumu ile turuncumsu renkte jel oluşmuştur. Oluşan jel disk şeklinde kesilerek, destile su içerisinde bir hafta süre ile bekletilmiştir. Bu süre içerisinde jellerin içinde bulunduğu destile su günde iki kez değiştirilmiş, böylece asetik asit ve reaksiyona girmemiş glutaraldehitin uzaklaşması sağlanmıştır. Elde edilen yıkama sularında, reaksiyona katılmamış GA ve ekstrakte olmuş 5-FU miktarı UV/VIS spektrofotometre ile tayin edilmiştir. Jeller daha sonra önce oda sıcaklığında, ardından vakum etüvünde 40 o C de kurutulmuş ve numune kabında saklamıştır. %1 ve %2 CS içeren jellerin çapraz bağlanmasında kullanılan besleme bileşimleri ve polimer kodları Tablo 3.1 de verilmektedir. Karakterizasyon çalışmalarında kullanılmak üzere 5-FU içermeyen kitosan jelleri de yine aynı şekilde hazırlanmış ve polimer koduna F- ibaresi de ilave edilerek gösterilmiştir. Tablo 3.1: Farklı yüzdelerde CS içeren çözeltiler için çapraz bağlamada kullanılan besleme bileşimleri ve polimer kodları. Polimer kodu* Çözeltideki CS konsantrasyonu (g/ml) CS (g) 5-FU (mg) GA (g) CS:GA:F+ CS1:GA:F+ 0.01 0.15 75 0.183 JELLERİ CS2:GA:F+ 0.02 0.30 75 0.365 * : Tabloda Polimer Kodu kısmında kullanılan, CS1 ve CS2, polimerin sırasıyla %1(w/v) veya %2(w/v) lik CS çözeltisinden hazırlandığını ifade etmektedir. F+ ibaresi polimerin ilaç varlığında hazırlandığını gösterirken; ilaç yüklü olmayan jeller için F- ibaresi kullanılmıştır.

80 3.3.4. Reaksiyona Girmeyen Kitosan Miktarı Tayini Reaksiyona girmeyen kitosan tayininde kullanılan kalorimetrik metodlardan biri de ninhidrin metodudur (Prochazkova ve diğ., 1999; Leane ve diğ., 2004). Ninhidrin (triketohydrindene) ile primer amin grubu, diketohydrindylidene-diketohydrindamine (Ruhemann s Purple) olarak bilinen renkli bir ürün oluşturmaktadır ve bu reaksiyon yaygın olarak aminoasit analizinde kullanılmaktadır (Moore ve Stein, 1948). Bu deneme ilk kez 1993 yılında Curotto ve Aros tarafından CS tayini için güvenilir bir metod olarak gösterilmiştir. CS1:GA ve CS2:GA ürünleri için yapılan deneysel çalışmalarda, Perkin Elmer Lambda 35 marka UV/VIS spektrofotometre ile kitosanın maksimum absorbans değerini verdiği dalga boyu, 190-900 nm arasında tarama yapılarak belirlenmiştir (λ max = 570 nm). 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.5 mg/ml lik CS çözeltisi, CS ı %0.1 lik asetik asit çözeltisinde çözerek hazırlanmış ve kalibrasyon eğrileri CS çözeltilerinin maksimum dalga boyundaki absorbansları ile elde edilmiştir. 4.08g lityum asetat dihidrat yaklaşık 6 ml deiyonize suda çözüldükten sonra ph=5.2 ve toplam hacim 10 ml olacak şekilde glacial asetik asit ile tamamlanmıştır. Ninhidrin reaktifi denemenin yapıldığı gün taze olarak hazırlanmaktadır. 30 ml dimetil sülfoksite 0.8 g ninhidrin ile 0.12g hidrindantin ilave edildikten sonra 10 ml 4M lityum asetat tampon çözeltisi ile karıştırılarak reaktif hazırlanmıştır. Deneme için 0.5 ml reaktif ile 0.5 ml örnek kapaklı cam bir şişeye alınıp ağzı hemen kapatıldıktan sonra el ile bir müddet çalkalanarak yarım saat reaksiyonun ilerlemesi için kaynar su banyosunda bekletilmiştir. Soğutmadan sonra her bir şişeye hacmen 1:1etanol:su karışımından 15 ml ilave edilmiş ve hidrindantinin fazlasını okside etmek için 15 saniye vorteks yardımıyla karıştırılmıştır (Prochazkova ve diğ., 1999; Leane ve diğ., 2004). 3.3.5. İlaç Yüklenmiş ve Yüklenmemiş Yarı-IPN Jellerin Hazırlanışı CS içeren jellerin, %1 ve %2 lik (w/v) çözeltisi elde edilmek üzere, cam tüpte 0.15 ve 0.3 g CS ın üzerine 15 ml %2 (v/v) lik sulu asetik asit ilave edilmiş, ardından manyetik karıştırıcı ve vortex yardımıyla karıştırılarak çözülmüştür. Ardından, çapraz bağlayıcı olarak N,N`-metilenbisakrilamid (NMBA) (sadece akrilamid monomeri katılarak yapılan sentezlerde) ve ilaç (5-fluorouracil, 5-FU) (% 0.5 w/v, 75 mg) ilave edilerek

81 çözünmüştür. Sadece HMA ve hem AAm hem HMA içeren jellerde NMBA veya başka bir kimyasal çapraz bağlayıcı kullanılmamıştır. Bölüm 2.7.2 de anlatıldığı gibi HMA, ortama ilave edilen AAm ile asidik şartlarda NMBA ürünü oluşumuna neden olmaktadır. AAm ve/veya HMA ilave edilip çözünmesi sağlandıktan sonra, ağzı tıpa ile kapatılan tüplerden giriş ve çıkış olmak üzere iki enjektör iğnesi kullanılarak 15 dak azot gazı geçirilmiştir. Azot gazı geçirildikten sonra çözeltiye, amonyum persülfat (APS) başlatıcı ve N,N,N`,N`-tetrametiletilendiamin (TEMED) hızlandırıcı olarak ilave edilip polimerizasyon başlatılmıştır. Reaksiyon hacmi 15 ml olarak ayarlanmıştır. Reaksiyona katılan NMBA ve APS miktarı monomerin molce %1 i oranında iken TEMED, APS nin ağırlığına eşit olarak kullanılmıştır. 24 saat 40 o C da su banyosunda bekletilen tüplerdeki karışım, bu sürenin sonunda jelleşmektedir. Polimerizasyon reaksiyonunun tamamlanmasını takiben, tüpler kırılarak elde edilen semi-ipn jeller, bir jilet yardımıyla silindir şeklinde kesilerek yapıya katılmayan ilaç miktarının tespiti ve jellerin saflandırılması (sol fraksiyonunun uzaklaştırılması) için 1 hafta süre ile günde 1-2 kez yenilenen belirli miktardaki destile suya konulmuştur. CS nın etkisinin incelenebilmesi için CS içermeyen jeller de hazırlanmıştır. Jellerin hazırlanmasında kullanılan besleme bileşimleri ve polimer kodları Tablo 3.2 de verilmiştir. Karakterizasyon çalışmalarında kullanılmak üzere 5-FU içermeyen jeller de yine aynı şekilde hazırlanmıştır. Polimer kodunda kullanılan F+ ibaresi ilacın varlığını gösterirken, ilaç yüklü olmayan jellerin polimer kodunda F- ibaresi kullanılmıştır.

CS2:F+ JELLERİ CS1:F+ JELLERİ CS0:F+ JELLERİ 82 Tablo 3.2: Hidrojellerin hazırlanmasında kullanılan besleme bileşimleri ve polimer kodları. Polimer Kodu * CS (g) [AAm] (M) [HMA] (M) 5-FU (mg) NMBA (%mol) APS (%mol) TEMED (g) A100:F+ - 0.500-75 1 1 M APS A75:H25:F+ - 0.375 0.125 75-1 M APS A50:H50:F+ - 0.250 0.250 75-1 M APS A25:H75:F+ - 0.125 0.375 75-1 M APS H100:F+ - - 0.500 75-1 M APS CS1:A100:F+ 0.15 0.500-75 1 1 M APS CS1:A75:H25:F+ 0.15 0.375 0.125 75-1 M APS CS1:A50:H50:F+ 0.15 0.250 0.250 75-1 M APS CS1:A25:H75:F+ 0.15 0.125 0.375 75-1 M APS CS1:H100:F+ 0.15-0.500 75-1 M APS CS2:A100:F+ 0.30 0.500-75 1 1 M APS CS2:A75:H25:F+ 0.30 0.375 0.125 75-1 M APS CS2:A50:H50:F+ 0.30 0.250 0.250 75-1 M APS CS2:A25:H75:F+ 0.30 0.125 0.375 75-1 M APS CS2:H100:F+ 0.30-0.500 75-1 M APS * : Tabloda Polimer Kodu kısmında kullanılan, CS1 ve CS2, polimerin sırasıyla %1(w/v) veya %2(w/v) lik CS çözeltisinden hazırlandığını; A, akrilamid monomerini;h, N-hidroksimetil akrilamid monomerini; A ve H harflerinin yanındaki sayılar ise kullanılan monomerin molce yüzdesini ifade etmektedir. Kullanılan NMBA ve APS miktarı, monomerin molce %1 i oranında iken TEMED, APS nin ağırlığına eşit olarak kullanılmıştır. F+ ibaresi polimerin ilaç varlığında hazırlandığını gösterirken; ilaç yüklü olmayan jeller için F- ibaresi kullanılmıştır. 3.3.6. Hammadde ve Ürünlerin Fourier Transform İnfrared Spektroskopisi (FTIR) ile Analizi CS, 5-FU ve jellerin KBr tablet yöntemi ile FTIR analizinde, Perkin-Elmer marka Spectrum One model Fourier Transform Infrared Spektroskopisi kullanılmıştır.

83 3.3.7. Hammadde ve Ürünlerin X-Işını Kırınım (XRD) Analizi CS, 5-FU ve jellerin XRD analizinde, 200 Vac 3q 20 A/50 Hz güç kapasitesine sahip Rigaku marka D/Max-2200/PC model XRD cihazı kullanılmıştır. 3.3.8. Hammadde ve Ürünlerin Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) ile Termal Analizi CS, 5-FU ve jellerin termal analizleri Setaram marka DSC131 cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Yaklaşık 10-20 mg ağırlığındaki havanda iyice öğütülmüş ve vakum etüvünde kurutulmuş kuru jeller 10 o C/dak ısıtma hızı ile azot gazı atmosferinde (35-40 ml/dak) 30 o C dan 350 o C a ısıtılmış ve yine 10 o C/dak ısıtma hızı ile soğutulmuştur. Baseline, örnek yerine boş krözenin ve referans krözenin, 10 o C/dak ısıtma hızı ile azot gazı atmosferinde (35-40 ml/dak) 30 o C dan 350 o C'a ısıtılması ve yine 10 o C/dak hızla soğutulması ile çekilmiştir. CS ve jellerin TGA ile analizi için Linseis STA PT 1750 TGA cihazı ile 25-500 o C sıcaklık aralığında, 10 o C/dak ısıtma hızı ve 35-40 ml/dak azot akımında 10-20 mg örnek kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 3.3.9. Ürünlerin Destile Su ve Farklı ph lardaki Şişme Değerlerinin Belirlenmesi Jellerin absorpladığı su miktarı gravimetrik yöntemle belirlenmiştir. Analiz öncesi tartımı alınan jel diskleri destile su ve farklı ph larda (2.1 ve 7.4) bekletilmiş ve belirli zaman aralıklarında süzgeç kağıdı ile kurulanarak hassas terazide tartılmıştır. Denklem 3.12 yardımı ile jellerin herhangi bir t anındaki şişme değerleri (S) hesaplanmıştır. (3.12) W ıslak : Kuru örneğin ölçüm sıcaklığında destile su içinde t anındaki şişme değeri W kuru : Kuru örneğin ağırlığı Ürünlerin dengede absorpladığı su miktarı ise denge anındaki şişme değerinden yola çıkılarak hesaplanıp, şişme denge değeri (ŞDD) ile ifade edilmektedir. Jelin içinde bulunduğu çözeltinin iyonik şiddeti, jelin şişme denge değeri üzerinde kuvvetle etkili olduğundan, hazırlanan tüm tampon çözeltilerin aynı iyonik şiddete (I=

84 0.09 M) sahip olmalarına dikkat edilmiş ve iyonik şiddet ayarlamaları NaCl kullanılarak yapılmıştır. Tampon çözeltiler, Perrin ve Dempsey (1973) tarafından verilen bileşimlere göre hesaplanmış ve ph değerleri ölçülerek teorik ve deneysel değerlerin uygunluğu kontrol edilmiştir. Tampon çözeltilerin hazırlanmasında kullanılan kimyasal maddeler, Tablo 3.3 te görülmektedir. Tablo 3.3: Tampon çözeltilerin hazırlanmasında kullanılan kimyasal maddeler. Tampon Çözeltinin ph değeri 2.1 Çözelti Hazırlamada Kullanılan Kimyasal Maddeler Potasyum klorür (KCl) Hidroklorik asit (HCl) 250 ml 0.2 M KCl + 51 ml 0.2 M HCl, destile su ile 1 L ye tamamlanır. 7.4 Potasyum dihidrojen fosfat (KH 2 PO 4 ) Sodyum hidroksit (NaOH) 500 ml 0.1 M KH 2 PO 4 + 391 ml 0.1 M NaOH, destile su ile 1 L ye tamamlanır. 3.3.10. Şişme Kinetiğinin Belirlenmesi Ürünlerin şişme kinetiğinin belirlenmesi için ağırlığı ve ebatları (çap, kalınlık) bilinen disklerin suda ve farklı ph lı tampon çözeltiler içindeki şişme değerleri zamana bağlı olarak gravimetrik yöntemle belirlenmiştir. Kinetik hesaplamalarda hidrojellerin dengedeki şişme değerlerinin %60 ına kadar olan kısmı esas alınmıştır. Denklem 3.13 ten yola çıkarak, grafiği çizilmiştir (Kasgoz ve diğ., 2005). Grafiğin eğiminden bulunan n katsayısı yardımıyla şişme kinetiği/difüzyon tipi belirlenmiştir. (3.13) M t : Şişmiş jelin t anındaki ağırlığı (g) M d : Şişmiş jelin dengedeki ağırlığı (g) K: Hidrojele ait karakteristik sabit n: Taşıma mekanizmasını gösteren difüzyon üsteli

85 3.3.11. İlaç Yükleme ve Salım Özelliklerinin İncelenmesi Sentezlenen jellerin ilaç salımı özelliğinin incelenmesinde model bileşik olarak 5- fluorouracil (5-FU) kullanılmış olup, kimyasal bileşimi Şekil 3.1 de verilmektedir. Şekil 3.1: 5-Fluorouracil in kimyasal formülü. Salım deneylerinde kullanılan 5-FU, anti-tümör grubuna ait bir ilaçtırve onkoloji uygulamalarında kullanılan en eski ilaçlardan biridir. Genelde; gastrointestinal, göğüs, kolon ve pankreas gibi solid tümörlerin klinik tedavisinde kullanılmaktadır (Puoci ve diğ., 2007; Chouhan ve Bajpai, 2009). Bu ilaç kontrollü salım teknolojisinde, in situ terapötik etki sağlamak ve ilacın yan etkisini etkisini minimize etmek için iyi bir adaydır (Rao ve diğ., 2009). Deneysel çalışmalarda, 5-FU nun maksimum absorbans değerini verdiği dalga boyu, 190-900 nm arasında tarama yapılarak Perkin Elmer marka Lambda 35 model UV/VIS spektrofotometre ile belirlenmiştir (λ max = 266 nm). Daha sonra d.su, ph=2.1 ve 7.4 teki kalibrasyon eğrilerinin hazırlanması için farklı konsantrasyonlarda (2, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 50 ppm) ilaç çözeltileri hazırlanmış ve maksimum dalga boyundaki absorbansları ile kalibrasyon eğrileri elde edilmiştir. Adsorpsiyon kapasitesi (Q) değerleri Denklem 3.14 kullanılarak hesaplanmıştır. (3.14) Q= 1 g polimer başına adsorplanan ilaç miktarı (mg) C i = Dozlanan ilaç çözeltisinin konsantrasyonu (mg/l) C e = İlaç madde çözeltisinin dengedeki konsantrasyonu (mg/l) V= Çözelti hacmi (L) m= Kuru polimer diski ağırlığı (g)

86 İlaç salım denemelerinde 5-FU yüklü hidrojel diskleri 10 ml ph=2.1 ve 7.4 tamponu içinde 37 o C da bekletilmiş ve ilaç konsantrasyonunun zamanla değişimi UV/VIS spektrofotometresinde tayin edilmiştir. Ölçüm için belirli zaman aralıklarında 3 ml örnek alınıp yerine 3 ml tampon çözelti koyulmuştur. 1 gr polimer başına salınan ilaç miktarları Q (mg ilaç/g polimer) ile % salım değerleri kümülatif olarak hesaplanmıştır. 3.3.12. Gerilim-Gerinim Ölçüm Yöntemi Küçük silindirler seklinde kesilmiş jellerin önce kaba süzgeç kağıdı yardımıyla fazla suyu alınmış ve daha sonra kumpas ile çapları ve yükseklikleri ölçülmüştür. Gerilim - gerinim ölçme cihazı kullanılarak jele kademe kademe uygulanan kuvvet (F, Newton) ve bu kuvvet sonucu oluşan sıkışma (ΔL, m) değerleri belirlenmiştir. Eşitlik 3.15 ve 3.16 kullanılarak λ, deformasyon oranı hesaplanmıştır. (3.15) (3.16) L 0 : Deforme olmamış jelin uzunluğu (m) L : Deforme olmuş jelin uzunluğu (m) L : Jel ürünün sıkışma miktarı (m) λ : Jel ürünün deformasyon oranı Elde edilen çap ve kuvvet değerlerinden faydalanılarak uygulanan basınçlar hesaplanarak tablolar oluşturulmuş ve her bir jel örneği için gerilim-gerinim grafikleri çizilmiştir. Bu grafiklerdeki doğruların eğiminden G (Elastik modülü) belirlenmiştir. Tablo oluşturulurken kullanılan eşitlikler 3.17-3.19 da verilmiştir. (3.17) τ = Gerilim, deforme olmamış şişmiş jelin birim alanına uygulanan F kuvveti (Pa) G = Elastik modül (Pa) (3.18)

87 (3.19) D o = Deforme olmamış şişmiş jelin çapı (m) A 0 = Deforme olmamış şişmiş jelin alanı (m 2 )

88 4. BULGULAR 4.1. KİTOSANIN VİSKOZİTE ORTALAMA MOLEKÜL AĞIRLIĞININ BELİRLENMESİ CS nın, 0.3 M NaCl içeren 0.83 M asetik asit çözeltisi içerisinde belirli konsantrasyondaki çözeltileri hazırlanarak Bölüm 3.3.1 de anlatıldığı gibi viskozite tayini yapılarak molekül ağırlığı hesaplanmıştır. Elde edilen değerler, Tablo 4.1 de verilmiş ve Şekil 4.1 de gösterilmiştir. Tablo 4.1: Farklı konsantrasyondaki CS çözeltilerinin 30 o C daki akma süresi ve viskozite değerleri. C(g/dl) t (sn) η sp * [(t-t 0 )/t 0 ] η red (η sp /C) η rel (t/t 0 ) 0,05 26,04 0,28 5,66 1,28 4,98 0,10 33,33 0,64 6,42 1,64 4,96 0,20 51,96 1,56 7,80 2,56 4,70 0,30 78,49 2,87 9,56 3,87 4,51 0,35 103,14 4,08 11,66 5,08 4,64 η inh [(ln η rel )/C] *: Örneklerin η sp değerleri, 0.3 M NaCl içeren asetik asit çözeltisi (0.83 M) için akma süresi t o = 20.3 saniye ölçülerek hesaplanmıştır. 14 12 10 8 6 4 2 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 C (g/dl) y = 18,681x + 4,4811 R² = 0,9607 n sp/c In n rel/c y = -1,4687x + 5,0517 R² = 0,8319 Şekil 4.1: CS çözeltisinin η red ve η inh değerlerinin konsantrasyon ile değişimi.

A 89 [η]= (4,4833+5,0535)/2 =4,7684 ise buradan M v = 125.674 g/mol Bu çalışmada kullanılan Sigma ürünü olan kitosanın, viskozite ortalama molekül ağırlığı, M v ~125.700 Da olarak belirlenmiştir. 4.2. KİTOSANIN DEASETİLASYON DERECESİNİN TAYİNİ 4.2.1. Elemental Analiz Yöntemi Toz kitosanın elemental analizi sonucu C(%)= 42.35 ve N(%)=7.62 olarak bulunmuştur. Bu değerlerin Denklem 3. 7 de yerine konması ile DD(%)= 75.9 olarak hesaplanmıştır. 4.2.2. FTIR Yöntemi 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 cm -1 Şekil 4.2: Toz CS'ın FTIR spektrumu [dalga sayısı(cm -1 )-absorbans(a)]. Toz CS ın KBr tablet yöntemi ile alınan FTIR spektrumu Şekil 4.2 de verilmiştir. CS ın FTIR spektrumunda A 1655 ve A 3450 değerleri sırasıyla 0,046795 ve 0,061269 olarak tespit edilmiştir. Bu değerlerin Denklem 3.8 de yerlerine konulması ile DD(%)= 77.4 olarak belirlenmiştir. 4.2.3. Potansiyometrik Titrasyon Yöntemi Kitosanın 0.1 M HCl deki çözeltisinin 0.1 M NaOH ile potansiyometrik titrasyonunda NaOH sarfiyatı ile ph ın değişimi Şekil 4.3 de verilmiş olup, V 1 (HCl'in aşırısının titre edilmesi için harcanan 0.1 M NaOH hacmi) = 6,58 ml, V 2 (protone kitosanın

ph 90 nötralizasyonu için harcanan 0.1 M NaOH hacmi) = 16,38 ml olarak tespit edilmiştir. Bu değerlerin Denklem 3.9 da yerine konması ile CS ın DD(%) potansiyometrik yöntemle 79.0 olarak tespit edilmiştir. 14 12 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 VNaOH (ml) Şekil 4.3: CS ın HCl deki çözeltisinin NaOH ile potansiyometrik titrasyonunda ph ın NaOH sarfiyatı ile değişimi. 4.2.4. İndikatör ile Asit-Baz Titrasyonu Yöntemi Bu metotta, 0.2 g CS, 15 ml 0.1 M HCl (V 1 =15 ml) içinde çözülmüş ve 2-3 damla % 0,1 lik ksilenol oranj çözeltisi eklendikten sonra 0.1M NaOH ile titre edilmiştir. Tespit edilen NaOH sarfiyatı (V 2 ) 7,1 ml (7,1.10-3 3.11 de yerlerine konarak, DD(%)= 67.7 olarak hesaplanmıştır. L) dir. Bu değerler Denklem 3.10 ve Bu çalışmada kullanılan Sigma 50494 ürünü CS (20 o C de 1 % lik asetik asit çözeltisinde viskozite <200 mpa.s) için farklı yöntemler kullanılarak elde edilen deasetilasyon dereceleri Tablo 4.2 de verilmiştir. Tablo 4.2: Farklı yöntemler kullanılarak hesaplanan deasetilasyon derecelerinin karşılaştırılması. Kullanılan yöntem DD (%) Elemental analiz 75.9 FTIR 77.4 Potansiyometrik metod 79.0 Asit-baz titrasyonu 67.7

91 4.3. ÇAPRAZ BAĞLI KİTOSAN JELLERİNE AİT GÖRÜNTÜLER İlaç yüklü ve çapraz bağlı kitosan jellerinin sol fraksiyonlarını uzaklaştırılması ile saflaştırılmasından sonra çekilmiş fotoğrafları Şekil 4.4 te verilmiştir. Kitosan miktarı yüksek olan jelin rengi daha koyudur. CS'ın GA ile çapraz bağlanmasında koyu renk oluşumu Schiff bazı oluşumunun, bir başka deyişle GA'teki -CHO grupları ile CS'daki - NH 2 grupları arasında çapraz bağlanmanın oluştuğunun göstergesidir. Rengin koyulaşması çapraz bağlanmanın arttığını göstermektedir. Şekil 4.4: GA ile çapraz bağlanmış ve 5-FU içeren CS jellerinin (CS:GA:F+) görüntüleri. 4.4. REAKSİYONA GİRMEYEN KİTOSAN MİKTARI Yapılan deneysel çalışmalarda, CS'ın maksimum absorbans değeri λ max = 570 nm olarak belirlenmiştir. %0.1 lik asetik asit çözeltisi kullanılarak 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.5 mg/ml lik kitosan çözeltileri hazırlanmış ve kalibrasyon eğrileri, bu çözeltilerin maksimum dalga boyundaki absorbansları ile elde edilmiştir. CS çözeltisine ait kalibrasyon eğrisi Şekil 4.5 te verilmiştir.

Absorbans 92 1,8 1,6 1,4 1,2 1 y = 1,0566x + 0,0067 R² = 0,9963 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,5 1 1,5 2 C (mg/ml) Şekil 4.5: CS çözeltilerine ait kalibrasyon eğrisi. Bölüm 3.3.4 te anlatılan ninhidrin metodu ile yapılan CS tayininde ilaç yüklü çapraz bağlı kitosan jellerindeki (CS1:GA ve CS2:GA) CS'ın tamamen reaksiyona girdiği ve ortamda reaksiyona girmemiş CS'ın bulunmadığı görülmüştür. 4.5. İLAÇ YÜKLÜ JELLERİN GÖRÜNTÜLERİ CS içermeyen (CS0) ve %1 ile 2 (w/v) oranında CS içeren (CS1 ve CS2) ilaç yüklü jellerin yıkandıktan (saflaştırıldıktan) sonra çekilmiş görüntüleri Şekil 4.6-4.8 de verilmiştir. Şekil 4.6: 5-FU yüklenmiş CS içermeyen jellerin (CS0:F+) görüntüleri.

93 Şekil 4.7: 5-FU yüklenmiş CS1 jellerin (CS1:F+) görüntüleri. Şekil 4.8: 5-FU yüklenmiş CS2 jellerin (CS2:F+) görüntüleri. 4.6. FOURİER TRANSFORM İNFRARED SPEKTROSKOPİSİ (FTIR) ANALİZLERİ Bilindiği gibi CS, suda çözünmemekte, ancak sulu asetik asit çözeltisinde, yapısındaki + serbest -NH 2 gruplarının -NH - 3 OOC-CH 3 yapısına dönüşmesi ile kitosonyum asetat şeklinde çözünmektedir (Garrido ve diğ., 2007). CS ın asetik asitte çözünmesi sırasında, asetik asidin N-asetil (-NH-CO-CH 3 ) gruplarına etki etmediği, sadece NH 2 grupları ile reaksiyon verdiği belirtilmiştir (Kasaai, 2008-B; Wang ve diğ., 2007). Hazırlanan yarı- IPN jellerde CS, amino gruplarının protone halde olduğu yani kitosonyum asetat ( NH 3 OOC-CH 3 ) formundadır. CS ve kitosonyum asetat arasındaki farkı göstermek amacıyla orijinal toz CS ve toz CS ın asetik asitteki çözeltisinin petri kabında, oda sıcaklığında, kurutulması ile elde edilen kitosonyum asetatın KBr tablet yöntemi ile alınmış FTIR spektrumları Şekil 4.9 ve karakteristik bant dalga sayıları Tablo 4.3 te verilmiştir.

% Geçirgenlik 94 Toz CS 1320 1261 895 3428 Kitosonyum asetat 2879 1378 1417 1660 1573 1155 1029 1079 1696 1657 1297 3363 2925 1728 1430 1568 1150 1070 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Dalga sayısı (cm -1 ) Şekil 4.9: Toz CS ve kitosonyum asetata ait FTIR spektrumları. Toz CS ın KBr tablet yöntemi ile alınmış FTIR spektrumunda 3428, 2879, 1660, 1573, 1417, 1378, 1320, 1261, 1155, 1079, 1029 ve 895 cm -1 de bant görülmektedir. Bunlardan 3428 cm -1 bandı, O-H ve N-H gerilme titreşimine atfedilmektedir (Zheng ve Wang., 2009; Kasaai, 2008-B; Abdelrazek ve diğ., 2010). 2879 cm -1 deki bant, C-H gerilme titreşimi bandıdır (Monvisade ve Siriphannon, 2009). 1660 ve 1573 cm -1 de ise, sırasıyla, amid I (ν C=O ) ve amid II (N-H eğilme: N-asetil gruplarındaki) ile -NH 2 gruplarındaki N-H eğilme titreşimi bantları görülmektedir (Abdelrazek ve diğ., 2010, Zheng ve Wang, 2009; Harish ve diğ., 2002; Kasaai, 2008-B). Toz CS da, serbest amin gruplarındaki (-NH 2 ) N-H eğilme titreşiminin 1596/1599 cm -1 de ortaya çıktığı belirtilmiştir (Rueda ve diğ., 1999; Mallika ve diğ., 2006). Bu pikin şiddetinin fazla oluşu ise deasetilasyon derecesinin yüksekliğine yani fazla miktarda serbest NH 2 grubunun varlığına bağlanmıştır (Mallika ve diğ., 2006). 1320 cm -1 deki bant amid III (C-N) bandıdır (Zheng ve Wang, 2009; Kasaai, 2008-B). 1079 ve 1092 cm -1 deki bantlar, sakkarit yapıdaki C-O bağlarından kaynaklanmaktadır ve sırasıyla CS ın 6.C una (C-6, primer OH) ve 3.C una (C-3, sekonder OH) bağlı hidroksil gruplarındaki C-O gerilme titreşimine atfedilmektedirler (Zheng ve Wang, 2009; Kasaai, 2008-B). 1155, 1079 ve 1092 cm -1 deki bantlar, sakkarit yapı için karakteristik bantlardır (Mallika ve diğ., 2006). 1079 cm -1 deki bant, simetrik C-O-C gerilmesine; 1155 cm - 1 deki bant ise asimetrik C-O-C gerilmesine atfedilmektedir (Zheng ve Wang, 2009;

95 Kasaai, 2008-B; Monvisade ve Siriphannon, 2009). 1417 cm -1 deki bant, CH 2 eğilme titreşimi bandıdır (Harish ve diğ., 2002). 1378 cm -1 deki bant ise, C-H eğilme titreşimi ve C-CH 3 deformasyonuna atfedilmektedir (Harish ve diğ., 2002). Toz CS ın spektrumunda 3428 cm -1 deki girişim yapmış O-H ve N-H bantlarının kitosonyum asetatın spektrumunda 3363 cm -1 e kayması ve nispeten daha geniş bir şekilde ortaya çıkması kitosonyum asetatta hidrojen bağlarının varlığını göstermektedir (Zheng ve Wang, 2009). Ayrıca 3500 cm -1 civarında keskin bir bandın olmaması, serbest OH gruplarının bulunmadığının yani CS'daki hidroksil gruplarının hidrojen bağlı olduğunun göstergesidir (Harish ve diğ., 2002). İlaveten kitosonyum asetatın FTIR spektrumunda C-H gerilme titreşimi bandı daha yüksek dalga sayısına kaymış ve şiddeti O-H ve N-H bantlarınınkinden daha fazla olarak 2925 cm -1 de görülmektedir. Bu bulgu, + NH - 3 OOC-CH 3 grubu içerdiğini göstermektedir. Toz CS da 1573 cm -1 de görülen N- H eğilme bandının kitosonyum asetatta 1568 cm -1 e kayması ve şiddetinin artması kitosonyum asetatta protone amin grubunun (-NH + 3 ) varlığına atfedilebilir (Monvisade ve Siriphannon, 2009). Toz CS da 1660 cm -1 deki N-asetil gruplarındaki karbonil (amid I : ν C=O ) grubundan kaynaklanan amid I bandının şiddeti kitosonyum asetatta azalmış ve 1657 cm -1 de ortaya çıkmıştır. İlaveten kitosonyum asetatın spektrumunda 1728 cm -1 de kitosonyum asetat yapısındaki ester karbonilinden kaynaklanan yeni bir bant ortaya çıkmıştır. Toz CS da 1155 cm -1 deki bant, kitosonyum asetatta 1150 cm -1 e kaymış ve şiddeti 1070 cm -1 bandı ile eşit şiddete artmıştır. Toz CS ın spektrumunda 1029 cm -1 de görülen bant 1079 cm -1 bandı ile birleşerek belirginliğini kaybetmiş ve 1079 cm -1 bandı 1070 cm -1 e kaymıştır. Yine toz CS da 895 cm -1 görülen ve sakkarit yapıya atfedilen bandın belirginliği kitosonyum asetatın spektrumunda kaybolmuştur. Toz CS ve kitosonyum asetatın FTIR spektrumları arasındaki bu farklar, CS ın sulu asetik asitte çözülmesi ile kitosonyum asetat yapısının elde edildiğini göstermektedir. İlaç yüklenmemiş çapraz bağlı CS lara ait spektrumlar Şekil 4.10 da verilmiştir. CS:GA:F- jellerinin FTIR spektrumlarında, çapraz bağlanma nedeniyle kitosonyum asetatın spektrumuna göre başlıca iki değişiklik söz konusudur. Bu değişikliklerden ilki, 1654 cm -1 civarında gözlenen imin bağındaki C=N gerilme titreşimi bandıdır (Ekici ve Saraydin, 2004; Abdelaal ve diğ., 2007). Bu bant, GA'in aldehit ve CS'ın amin

% Geçirgenlik 96 gruplarının reaksiyonu sonucu oluşan Schiff bazının varlığının göstergesidir. İkinci değişiklik ise, 1568 cm -1 deki primer aminlerdeki N-H eğilme titreşimine atfedilen bantın şiddetinin azalması ve daha yüksek dalga sayısına kaymasıdır. Bekleneceği gibi CS'daki -NH 2 gruplarının GA'in aldehit grupları ile reaksiyonu sonucu -NH 2 grupları azalmaktadır. Bu nedenle N-H bandının şiddeti azalacaktır. CS daki sekonder alkol C-O gerilme titreşimine atfedilen bant 1156 cm -1 de görülürken, primer alkol C-O gerilme titreşimi bantları 1071 ve 1031 cm -1 de görülmektedir. GA miktarının artması ile 1154 ve 1071 cm -1 deki bantların şiddetinde artış görülürken, 1031 cm -1 deki bandın şiddeti ise azalmıştır. NH 2 sallanma (wagging) titreşimi bandı ise 623 cm -1 de gözlenmektedir (Kamari ve diğ., 2011). CS1:GA:F- CS2:GA:F- 2131 2921 1648 1339 1069 3444 2142 623 1436 1070 2935 1655 3453 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Dalga sayısı (cm -1 ) Şekil 4.10: CS:GA:F- jellerine ait FTIR spektrumları. Model ilaç 5-FU ya ait FTIR spektrumu Şekil 4.11 ve ilaç yüklenmiş çapraz bağlı CS a (CS:GA:F+) ait FTIR spekturumları ise Şekil 4.12 de verilmiştir. Model ilaç 5-FU ya ait spektrumda 3067, 2925, 1720, 1655, 1242 ve 1181 cm -1 de bantlar görülmektedir. Bunlardan 3067 cm -1 deki bandı N-H gerilme titreşimine atfedilmektedir (Saifulla, 2013). 2925 cm -1 deki bant C-H grubu gerilme titreşimine (Olukman ve diğ., 2012), 1655 cm -1 deki bant ise karbonil grubu (C=O) gerilme titreşimine ait bantlardır (Saifulla, 2013; Li ve diğ., 2010; Olukman ve diğ., 2012). Spektrumda görülen 1242 cm -1 deki bant C-F gerilme titreşimine atfedilmektedir (Olukman ve diğ., 2012). C-O grubuna ait bant ise 1181 cm -1 de ortaya çıkmıştır (Saifulla, 2013). Şekil 4.12 de

% Geçirgenlik 97 görülen çapraz bağlı ilaç yüklü CS a (CS:GA:F+) ait FTIR spektrumunda hem çapraz bağlı CS hem de 5-FU ya ait bandlar görülmektedir. Kitosonyum asetatın spektrumunda 3363 cm -1 deki girişim yapmış O-H ve N-H bantlarından, N-H gerilme titreşimi bandı CS:GA:F+ jellerinde 3000-3200 cm -1 de geniş bir band halinde görülmektedir; spektrumun daha yüksek dalga sayısında 3423 cm -1 de maksimum veren band ise N-H bandı ile girişim yapmış OH bandıdır. CS:GA:F+ nın spektrumunda 1242 cm -1 deki C- F grubuna ait gerilme titreşimini gösteren şiddetli ve keskin bandın yine yaklaşık aynı dalga boyunda ilaç yüklü jellerde görülmesi jel yapıda ilacın varlığını göstermektedir. Nitekim Şekil 4.13 de görüldüğü gibi CS:GA:F+ jellerinde kuruma sonucu 5-FU kristallerinin varlığı tespit edilmiştir. Bu yüzden CS:GA:F+ ya ait spektrumlarda ilacın varlığından kaynaklanan pikler gözlenmiştir. Toz CS, kitosonyum asetat ve 5-FU ile ilaç yüklü olan ve olmayan CS:GA jellerinin karakteristik FTIR bantlarına ait bazı dalga sayıları ve ilgili gruplar Tablo 4.3 te toplu olarak verilmiştir. 5-FU 3067 1655 1242 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Dalga sayısı (cm -1 ) Şekil 4.11: 5-FU ya ait FTIR spektrumu.

% Geçirgenlik 98 CS1:GA:F+ 1448 1503 995 1181 31353068 2829 2932 2828 2932 3135 3068 CS2:GA:F+ 1721 1448 1722 1660 1448 1503 1429 1659 1430 1246 1245 1224 994 1181 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Dalga sayısı (cm -1 ) Şekil 4.12: CS:GA:F+ jellerine ait FTIR spektrumları. Şekil 4.13: CS:GA:F+ jellerine ait görüntüler.